磁场是物理学中最基本、最重要的物理量之一，对磁场的测量是研究物质相互作用的重要手段。常见的磁强计如霍尔传感器、磁通门磁强计等受限于原理和加工工艺，难以满足弱磁场测量的需求。因此，发展高灵敏度磁强计对于各个领域具有重要的推动作用。77271

Dehmelt在1957年首次提出可以利用光调制的方法测量碱金属原子的自旋进动，随后得到实验验证，成功实现了磁场测量，标志着世界上首个光泵原子磁强计的问世[1,2]（以下简称“光泵磁强计”），为磁强计的发展奠定了理论基础。光泵磁强计利用原子能级在磁场中可以产生塞曼分裂这一特性，利用光抽运作用实现原子的光学取向，通过磁光共振的方法实现对被测磁场的测量，其中涉及到的主要问题就是如何描述原子自旋在磁场中的演化。从最经典的密度矩阵出发可以很好的描述自旋的运动，但是密度矩阵在实际的应用中，不能清晰的反应物理图像，为工程分析造成困难。1946年，Bloch提出在特定近似条件下描述原子自旋演化的方程，并在随后的实验中得到验证[3,4]，为自旋演化提供了清晰地物理图像，广泛的应用于理论分析与工程实践中，称之为Bloch方程。

在随后的几十年中，以光泵磁强计为代表的原子磁强计不断发展，测量精度和灵敏度不断提高，在各个领域都有重要的应用。在国民经济中，磁强计可以用于生物医学领域，如脑磁测量，心磁测量等。传统的生物医学分析中主要采用超导量子干涉磁强计进行磁场测量，但是受制于加工工艺、磁噪声和制冷手段等因素的影响，超导量子干涉磁强计的灵敏度受到限制，在达到1fT/Hz1/2后难以进一步提升。光泵磁强计相比超导量子干涉磁强计具有灵敏度高、体积小、不需制冷等优点，正在逐步取代超导量子干涉磁强计在生物医疗领域发挥重要作用[5]。

高灵敏度光泵磁强计也可以用于矿产勘探，由于矿物质的存在会导致其附近地磁场产生异常，因此利用高灵敏度光泵磁强计进行梯度测量能够实现矿产勘探[6]。此外，高灵敏度光泵磁强计也可以用于基础物理的研究探索，例如对于电偶极矩的测量以及研究电荷共轭-宇称-时间反演对称性是否破缺等实验[7]。论文网

光泵磁强计的发展与现状

国外对原子磁强计的研究可以追溯到20世纪40年代，Bloch等人提出了利用质子在磁场中自由进动的机理进行磁场测量的想法，为原子磁强计的发展奠定了基础。20世纪60年代，人们利用光抽运的方法实现了4He原子的极化，成功研制4He光泵磁强计[8]。在随后的几十年中，以钾光泵磁强计为代表的光泵磁强计灵敏的有了极大地提升。激光器制备工艺的发展，也为磁强计的性能带来了较大程度的提升。

在2002年，科学家研制出一种新型的光泵磁强计，这种磁强计工作在低磁场环境下，具有非常高的自旋交换率，自旋交换弛豫被充分抑制甚至消除，称之为无自旋交换弛豫原子磁强计[9]（简称“SERF磁强计”），灵敏度可以达到aT量级。随后SERF磁强计受到关注，美国威斯康辛大学[10]、美国桑迪亚国家实验室[11]、美国国家标准技术研究所[12]等单位也都开展了相关的研究。

国内对光泵磁强计的研究由长春地质学院首先开展，该单位于1965年成功研制我国首台光泵磁强计。目前国内有多家单位在研究光泵磁强计，浙江大学研制的光泵磁强计实现0。5pT/Hz1/2量级[13]，吉林大学[14]、国土资源部航遥中心、中船重工715所[15]等单位也都开展了光泵磁强计相关研究。同时，国内的SERF磁强计也在快速发展，北京航空航天大学在2008