面向中高场强且具有多能级光学 Bloch 方程建模的饱和吸收铷磁力计
量子物理
2026-01-15 v1 原子物理
摘要
我们提出了 SASHMAG（饱和吸收光谱高场磁力计），这是一种旨在利用铷-87 () 在中高场区 () 进行精密磁场测量的原子传感器。该传感器在超精细 Paschen-Back 区运行，在此区域超精细相互作用与 Zeeman 相互作用解耦，并采用 Faraday 几何下的对向传播泵浦-探测配置来分辨孤立的、无 Doppler 的 Zeeman 跃迁。为了解释这种强场相关区中产生的光谱，我们开发了一个全面的多能级光学 Bloch 方程模型，在非耦合的 基中显式求解，以捕捉态混合和非线性饱和动力学。该模型以亚 Doppler 分辨率重现了测量光谱，并且与功率展宽和热 Doppler 标度的解析预期一致。磁场估计是使用一种物理约束优化例程执行的，该例程通过最小化实验提取的线中心与场相关哈密顿量计算出的跃迁频率之间的残差来推断磁场。我们演示了从 到 的磁场反演，精度为 。此外，经过验证的仿真为生成合成训练数据集奠定了基础，为从 MRI 到核聚变反应堆等应用中的自主、机器学习增强磁力测量铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2601.09115,
title = {A saturation-absorption rubidium magnetometer with multilevel optical Bloch-equation modeling for intermediate-to-high fields},
author = {Mayand Dangi and Prateek Rajan Gupta and Joseph Kasti and Nivedan Vishwanath and Michael Zepp and David Smith and Benedikt Geiger and Jennifer T. Choy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.09115},
year = {2026}
}