低自旋极化碱金属 FID 磁强计中的超精细系统误差与相对相位研究
原子物理
2025-03-17 v2
摘要
碱金属光泵磁强计容易因平均 F = I + 1/2 和 F = I - 1/2 基态塞曼共振的重叠而产生不准确。我们采用密度矩阵模拟与实验来研究这一超精细系统误差在 ⁸⁷Rb 自由感应衰减（FID）磁强计中如何随自旋极化变化。在低自旋极化下（P ≤ 0.5），该效应导致单频磁场提取技术出现高达约 3.5 nT 的不准确。密度矩阵模拟揭示，该偏差可追溯到 FID 自旋进动信号中 F = I ± 1/2 超精细基态子能级之间的相对振幅和相位。我们表明，该系统误差可通过考虑相对振幅和相位的双频拟合模型或同步脉冲泵浦（最小化 FID 信号中 F = 1 的贡献）来缓解。理论模拟预测两种技术在广泛的自旋极化范围内均可达到约 0.5 nT 的精度，相比单频提取方法提升约七倍。我们的实验验证了这一结果，展示了提取磁场低于 1 nT 的变化，相比单频提取方法提升了 3.5 倍。此外，缓解技术在提取磁场的一致性方面达到了 1.5 nT 以内的 agreement。
引用
@article{arxiv.2408.00898,
title = {Investigating the hyperfine systematic error and relative phase in low spin-polarization alkali FID magnetometers},
author = {D. P. Hewatt and M. Ellmeier and C. Kiehl and T. S. Menon and J. W. Pollock and C. A. Regal and S. Knappe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.00898},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 8 figures