研究目的
为了系统研究光泵磁力计（OPM）在地球磁场中运行时对航向误差的主要贡献，重点关注非线性塞曼分裂和与取向相关的光移效应，并探索利用圆偏振光的补偿方法。
研究成果
OPM中的航向误差主要源于非线性塞曼分裂和光频移，这两者均与取向相关，可通过组合使用顺时针和逆时针圆偏振光进行补偿。理论模型与实验数据吻合良好，但未解决的频移表明可能存在抗磁效应的贡献，需进一步研究。
研究不足
该研究受实验装置中寄生磁场和低频漂移的限制，这些因素影响了测量精度。理论模型未充分考虑自旋交换弛豫效应，且采用圆偏振光的补偿方法在实际操作模式下的灵敏度尚需进一步评估。
1：实验设计与方法选择：
研究包括对原子-光相互作用的建模理论，以及使用专用装置在受控磁场中旋转OPM的实验测量。方法包括用于检测磁共振的Mx和Mz操作模式。
2：样本选择与数据来源：
使用了两种充铯气室：石蜡涂层的真空气室和具有高缓冲气压力的微加工缓冲气体气室。通过逐步旋转装置并测量拉莫尔频率和信号幅度来收集数据。
3：实验设备与材料清单：
设备包括用于泵浦和加热的激光系统、光电二极管、产生磁场的线圈、锁相放大器和可旋转平台。材料包括铯蒸气气室及偏振器、波片等光学元件。
4：实验流程与操作步骤：
将装置置于磁屏蔽环境中，使OPM相对于恒定磁场方向旋转。在不同角度进行测量，并根据需要调整激光功率和偏振。对信号进行解调分析以提取共振频率和偏移量。
5：数据分析方法：
基于速率方程和Breit-Rabi方程的理论模型分析数据。采用信号比值的线性拟合等拟合程序来确定拉莫尔频率和共振宽度。
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laser
Pumping the cesium atoms' D1 transition at 895 nm wavelength and heating the microfabricated cell at 978 nm wavelength.
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photodiode
Detecting the transmitted laser beam power behind the cell.
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lock-in amplifier
Demodulating the photocurrent to in-phase and quadrature components for signal analysis.
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coils
Generating magnetic fields B0 and B1 in all spatial directions for experimental control.
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quarter-wave plate
Creating circular polarization for the pump laser light.
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linear polarizer
Adjusting polarization and intensity of laser beams.
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bandpass filter
Filtering unwanted light to prevent interference on the photodiode.
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transimpedance amplifier
Amplifying the current measured by the photodiode before demodulation.
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radio frequency generator
Serving as a local oscillator for demodulation and driving B1 field coils.
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mu-metal shielding
Reducing the influence of external magnetic fields to create a controlled environment.
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rotatable table
Allowing rotation of the magnetometer setup relative to the magnetic field direction.
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Helmholtz coil system
Providing uniform magnetic fields for experimental applications.
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