A High Sensitivity Closed-Loop Spin-Exchange Relaxation-Free Atomic Magnetometer With Broad Bandwidth

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作者
Qingqian Guo,Hu Tao,Chun-qiao Chen,Xiaoyu Feng,Zhongyi Wu,Yin Zhang,Mingkang Zhang,Yan Chang,Xiaodong Yang
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:21 (19): 21425-21431 被引量:29
标识
DOI:10.1109/jsen.2021.3102146
摘要

Spin-exchange relaxation-free (SERF) atomic magnetometers are the promising non-cryogenic sensors to potentially replace the superconducting quantum interference device (SQUID) in the ultra-weak magnetic-field measurements. Although the SERF magnetometers have achieved a sensitivity of sub-femtotesla, the bandwidth is limited at a narrow range. In this work, we developed a closed-loop SERF magnetometer under proportional-integral (PI) control, the bandwidth could be adaptively tuned and extended above 1.2 kHz. A nearly 40-fold enhancement of the typical bandwidth was achieved in comparison with the open-loop system and the sensitivity was maintained at 15 fT/Hz 1/2 from 30 Hz to 750 Hz. Moreover, the magnetic field dynamic range could also be greatly improved. This proposed atomic magnetometer with higher bandwidth, sensitivity, and dynamic range has a good prospect in developing a compact, portable, and non-cryogenic magnetic field sensor and may find more applications in biomedical, nuclear magnetic resonance, and fundamental physics research.
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