論文の概要: High Dynamic Range Vector Atomic Magnetometer with 1 part-per-billion Resolution in Earth Field Range
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.00214v2
- Date: Tue, 7 May 2024 03:26:53 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-08 20:33:08.054484
- Title: High Dynamic Range Vector Atomic Magnetometer with 1 part-per-billion Resolution in Earth Field Range
- Title（参考訳）: 高ダイナミックレンジベクトル原子磁気センサ
- Authors: Tao Wang, Wonjae Lee, Mark Limes, Tom Kornack, Elizabeth Foley, Michael Romalis,
- Abstract要約: 高速回転磁界をパルス87ドルRbのスカラー原子磁気センサに印加した高ダイナミックレンジベクトル原子磁気センサを提案する。
磁場回転面に対する全磁場と2つの極角の同時測定が可能となる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3973386812990904
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present a high-dynamic-range vector atomic magnetometer based on applying a fast-rotating magnetic field to a pulsed $^{87}$Rb scalar atomic magnetometer. This method enables simultaneous measurements of the total magnetic field and two polar angles relative to the plane of magnetic field rotation. Using two channels in a gradiometer mode, it provides simultaneous measurements of the total field gradient with a sensitivity of 50 $\mathrm{fT/\sqrt{Hz}}$ (1 part per billion), as well as two polar angles with resolutions of 8 $\mathrm{nrad/\sqrt{Hz}}$ at 50 $\mu$T Earth field strength. The noise spectrums of these measurements are flat down to 1 Hz and 0.1 Hz, respectively. Crucially, this approach avoids several metrological difficulties associated with vector magnetometers and gradiometers. We detail the fundamental, systematic, and practical limits of such vector magnetometers. Notably, we provide a comprehensive study of the systematic effects of vector atomic magnetometers. We introduce a new concept of dynamic heading error and investigate several other systematic effects. A unique cosine-altering rotating field modulation is proposed to cancel out these systematics. Additionally, we derive fundamental limits on the sensitivity of such sensors and demonstrate that the vector sensitivity of the sensor can approach its scalar sensitivity while retaining the accuracy and metrological advantages of scalar sensors. This high-dynamic-range vector magnetometer, with ultrahigh resolution and inherent calibration, is suitable for a wide array of applications.
- Abstract（参考訳）: 高速回転磁界をパルス化された$^{87}$Rbスカラー原子磁気センサに適用した高ダイナミックレンジベクトル原子磁気センサを提案する。
磁場回転面に対する全磁場と2つの極角の同時測定が可能となる。
グラディメータモードの2つのチャネルを用いて、全磁場勾配を50$\mathrm{fT/\sqrt{Hz}}$ (10億ドル当たり1パーセンテージ)で同時測定し、8$\mathrm{nrad/\sqrt{Hz}}$50$\mu$T地球磁場強度で2つの極角を計測する。
これらの測定のノイズスペクトルはそれぞれ1Hzと0.1Hzまで平坦である。
重要なことに、このアプローチはベクトル磁力計や勾配計に関連するいくつかの気象上の困難を避ける。
このようなベクトル磁気センサの基本的、体系的、実用的限界について詳述する。
特に,ベクトル原子磁気センサの系統的効果について概説する。
動的方向誤差という新しい概念を導入し,他の系統的効果について検討する。
これらのシステマティクスをキャンセルするために、独自のコサイン変換回転場変調が提案されている。
さらに,センサの感度に対する基本的な限界を導出し,センサのベクトル感度がスカラー感度に近づきつつ,スカラーセンサの精度と気象学的優位性を維持することができることを示した。
この高ダイナミックレンジベクトル磁気センサは、超高分解能と固有のキャリブレーションを備え、幅広い用途に適している。
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