Dead-zone-free single-beam atomic magnetometer based on free-induction-decay of Rb atoms

自由感应衰变 磁强计 原子物理学 原子束 梁(结构) 物理 原子钟 材料科学 核物理学 磁场 光学 磁共振成像 自旋回波 量子力学 医学 放射科
作者
Shrey Mehta,G. K. Samanta,Raghwinder Singh Grewal
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:126 (4)
标识
DOI:10.1063/5.0248330
摘要

Free-induction-decay (FID) magnetometers have evolved as simple magnetic sensors for sensitive detection of unknown magnetic fields. However, these magnetometers suffer from a fundamental problem known as a “dead zone,” making them insensitive to certain magnetic field directions. Here, we demonstrate a simple experimental scheme for the dead-zone-free operation of a FID atomic magnetometer. Using a single laser beam containing equal strength of linear- and circular-polarization components and amplitude modulation at a low-duty cycle, we have synchronously pumped the rubidium (87Rb) atoms with both first- and second-order frequency harmonics. Such a pumping scheme has enabled us to observe the free Larmor precession of atomic spins at a frequency of ΩL (orientation) and/or 2ΩL (alignment) in a single FID signal, depending on the direction of the external magnetic field. We observed that the amplitude of the FID signal does not go to zero for any magnetic field direction, proving the absence of dead zones in the magnetometer. The magnetometer has a sensitivity in the range of 3.2–8.4 pT/Hz in all directions. Our experimental scheme can be crucial in developing miniaturized atomic magnetometers for various practical applications, including geomagnetic applications.

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