מגנטים אופטיים הופיעו ככלי רב עוצמה למדידת שדות מגנטיים עם דיוק יוצא דופן, תוך מינוף האינטראקציה בין שדות אור מגנטיים להשגת רגישות כי יריב או עולה על אלה של מגנטים קונבנציונליים. על ידי יישום עקרונות של אופטיקה פיזית - כגון אינטרפרומטריה, שיפור חלליות, והפחתה קוונטית של רעש - מחקרים שיפרו באופן דרמטי את הביצועים של מכשירים אלה, המאפשרים ליישומים שאינם פולשניים של חלקיקים אופטיים של קומפקטיים (למשל, המולקולות) כדי לחקור קומפקטיות של קומפקטיות של קומפקטיות של מערכות הדמיה אופטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של מערכות אופטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של מערכות קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית של קומפקטית הראייה (CDC) קומפקטית קומפקטי

מימון של מגנטים אופטיים

מגנטים אופטיים מודדים שדות מגנטיים על ידי ניטור כיצד התכונות של שינוי האור כאשר הוא עובר דרך או אינטראקציה עם מדיום מגנטי-אופטיפטי.העיקרון הנפוץ ביותר מנוצל הוא FLT:0Faraday EffectFLT:1, שבו מטוס של קיטוב של אור מקוטב ליניארי מסתובב כמו שהוא עובר דרך חומר ממוקם בשדה מגנטי.

במגנטים אטומיים, ענן של אטומים אלקלי (למשל, אשלגן, שפשף, או cesium) משמש כמדיום החישה. משאבה אופטית מכין את האטומים במצב ספין ספציפי, ו askam בדיקה מזהה את תדירות ההקדמה של ספין-מגנטי (Larmorcession) ללא ספין-מגנטי, אשר הוא פרופורציה למגנטיים מגנטיים אלה, הנקראים לעתים קרובות אטומיים: מגנטיים (Falensophitmtomicstophtophttic) כגון מגנטיים (ממגנטיים) מגנטיים) מגנטיים (ממגנטיים) ללא מגנטיים מגנטיים מגנטיים מגנטיים).

המפתח לדוח רגישות נוסף הוא אופטימיזציה של קריאה אופטית וצמצום רעש המדידה.אופטיקה פיזית מציעה חבילה של טכניקות כדי להגביר את האות, לדכא רעש רקע, או על פני גבול הזריעה הקלאסי, פתח את הדלת ל sub-femtotesla ואפילו attotesla sensitivities.

טכניקות אופטיות פיזיות לשיפור רגישות

שיטות אינטרפרומטריות

(הופנה מהדף [[המאה ה-20]] הוא אבן הפינה של המדידה המדויקת באופטיקה (ב[[המאה ה-20]], ו[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]] [[[[[[[[1924]]]]]] [[[[[[[[[[1924

בהגדרה טיפוסית של מאך-Zehnder, זרוע אחת עוברת דרך מדיום מגנטי-אופטי (למשל, תא אדפור הרץ או גבישי של טרה-יום) בעוד השני משמש כנקודת מפנה.שדה המגנטי גורם לשינוי שלב באמצעות אפקט פאראדיי או על ידי שינוי מדדי שדה השבירה.

תצורה מיוחדת יותר היא ההפרעות שלב הדדי (למשל, סחף תרמי) ובכך מציעה דחייה נפוצה גבוהה.כאשר מדיום פאראדיי ממוקם באופן סימטרי בתוך הלולאה, השדה המגנטי גורם שינוי לא-רפרו-פרו-קלי שניתן לקרוא עם מיפוי מגנטי גבוה.

טכניקות אינטרפרומטריות אינן מוגבלות לגיאומטריה חד-צדדית.השימוש ב- (FLT:0heterodyne Detection FLT:1), שבו אוסטרטור מקומי בעל תדירות גבוהה מתכווצת עם האות - יכול לשפר את יחס האות-ל-אין, במיוחד כאשר בשילוב עם מגבר אופטי.

סימולטורים אופטיים ו-Cavity Enhancement

אחת האסטרטגיות האופטיות היעילות ביותר היא להציב את המדיום המגנטי-אופטימי בתוך חלל אופטי גבוה של פיננסים (A resonant cavity מלכודות אור עבור נסיעות עגולות רבות, ביעילות להגדיל את אורך האינטראקציה בין הפוטונים לבין השדה המחושך (TLT5) עם קשקשים מגנטיים (TLT5Freas) של 10: LT5Freas) לדוגמה, לדוגמה, מ-Flowerts 10:

(FLT:0) Fabry-Perot cavitiesph:1) הם הבחירה הנפוצה ביותר.על ידי נעילת תדר לייזר לחזרות חלל, האור המועבר או משתקף הופך רגיש להפליא לכל הפרעה שמשנה את אורך הצלעות או את התדירות המגנטית של HRER) יכול לשנות את מדד השבירה של חוסר השבר באמצעות אפקט בינוני (אפקט כפול) נמדד דרך אפקט כפול (recular) או מחדש של קוטון (Rird) באמצעות אפקט כפול (reon-the).

(ג'ממות חלופיות כוללות את FLT:0 [התחרפות] ממותת (WGM) מיקרו-מורמטורים של FLT:1, אשר מגבילה אור בדיסקים זעירים או תחומים. WGMs מציעים גורמים באיכות גבוהה יותר (Q > 10FLT:28FLT 3) בטביעה קומפקטית, מה שהופך אותם אטרקטיביים עבור חומר מצמצם מגנטי, בדרך כלל, אשר מסתמך על חומר מגנטי, אשר מצמצם את ההשפעה המגנטית רק על ידי מגנטית חומרים מגובהו מגנטית בלבד.

חללים אופטיים גם ממלאים תפקיד ב-FLT:0cavity Ring-down spectroscopy (CRDS)FLT:1 עבור מגנטימטריה.על ידי מדידה של זמן של ירידה קלה של חלל המכיל סופגן מגנטי תלוי שדה, השדה יכול להיות מופרע עם דיוק גבוה.

ניכוי רעש באמצעות אור סקוויז

(ה) המדידות האופטיות הקלאסיות מוגבלות בסופו של דבר על ידי ה-FLT:0 (הנקראות "הטבע הקוונטי" של הפוטונים (FLT:0) ל"אור קוהרנטי" (Fertharture) 1/ ⁇ FLT:2NFLT 3:2NFLT 3:NFLT: 5) הוא מספר הפוטונים אשר זוהה על פני מדרגה ראשונה/ ⁇ , במיוחד, בעיקר, לחוקרים שאינם פולשים, ל-FLT, בעיקר, בעיקר, 6.

(האור המפוספס) מקטין את הרעש הקוונטי במפרק אחד (למשל, רביעיית האמפליטונים) על חשבון רעש מוגבר במפרקות ההדבקה (למשל, הריבוע) על ידי התאמה של הריבוע האטומי, אשר ניתן היה לשפר את הריבוע עם המדידה, כלומר, השינוי המושרה על ידי השדה המגנטי - לא ניתן היה להבחין בין היתר, בין היתר, לבין הדרגה של המגנטית, לבין ה-ה-ה-ה-הת-הת-ל-הההההת-ה-ה-ההההההההההההההההההההההההההההההההההתחילההת-ההההההההההההתחילהההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההתחילההההההההההההההההההה

בניסוי חצץ, מדממת Vapor מגנטית משולב עם מצב ריק דחוס שנוצר באמצעות parametric down-conversion, השגת שיפור הרגישות של 3-4 dB על פני גבול הזריקה.עבודה עדכנית יותר הרחיבה את זה לספין-סרקורד האנסמבלים, שבו הספין-אטומי הקולקטיבי עצמו מסובך, מתן יתרון קוונטי אפילו גדול יותר.

מעבר לאור דחוס, שיטות קוונטיות אחרות כוללות את ה-FLT:0 (המורכבים מ-Photon interferometryFLT:1 (למשל, שימוש במדינות NOON) ו-FLT:2 המדידה של סגסוגת 3D אשר מנצלת את הקורלציה הקוונטית.

תהליכי יישום ושיקולי הנדסה

פיתוח מדמ מגנטי אופטי רגיש מעשית דורש להתמודד עם מספר אתגרים מעבר לעיצוב אופטי.ברגישויות מתחת 1 pT, מקורות רעש סביבתי - כגון תנודות שדה מגנטיות מאלקטרוניקה הסמוכה, ⁇ תרמיים ורטטים מכניים -become דומיננטי. Shielding עם מחצני ריר, סלילי פיצוי פעילים, ובודדות רטט הם לעתים קרובות הכרחי.

(ב) גורם חשוב נוסף הוא טווח ה- 0:0 (הטווח הדינמי של מגנט אופטי רבים להשיג רגישות גבוהה בשדה אפס, הם התיישבו או לא לינארי בנוכחות שדות רקע חזקים.טכניקות כגון:2 מגנטים אופטיים רבים להשיג רגישות גבוהה יותר ב- 0LT 3 או FLT:4back- מבוקרת פיצוי שדה:5 יכול להרחיב את טווח דינמי, אך עלות גבוהה יותר (F) עם מגנטיות גבוהה יותר (T) של תאים מגנטיים (D) עם גודל מגנטיים (Digitalmultiph) של מגנטיים (Digitalmulti) של חומר מגנטיים (FLT 3.

המיניגלגליזציה היא הדגשה גוברת, במיוחד עבור חיישנים ניידים או לבישים.מדפי-קליד מגנטים אטומיים, שנבנה באמצעות מערכות מיקרו-אלקטרוניקה (MEMS) טכנולוגיה, משלב תא אדפור מיניאטורה עם תא אלומיניום-קרקע אנכי-מצום-ממדן לייזר (VCSEL) ו photodeteavctor בחבילה רק כמה סנטימטרים.

Finally, power consumption and laser stability are critical for field deployment. Many ultra-sensitive magnetometers rely on diode lasers that require precise temperature and current control. Advances in photonic integrated circuits (PICs) may eventually allow for mass-producible magnetometers that combine lasers, modulators, and detectors on a single chip, reducing both size and power requirements while maintaining high performance.

מדיניות המדינה- of-the-Art Applications

Biomedical Imaging: magnetoencephalography (MEG)

אולי היישום המשכנע ביותר של מגנטים אופטיים רגישים אולטרה רגישים הוא FLT:0 (magnetoencephalography (MEG) ⁇ FLT:1, טכניקה לא פולשנית שממפות פעילות המוח על ידי מדידת השדים המגנטיים החלשים המיוצרים על ידי זרמים עצביים.מערכות MEG האמנה להשתמש SQUIDs, הדורשות קירור נוזלי-הליום וכלי מגנטיים יקרים, במיוחד, אופטיים, או מגנטים, יכולים להיות ממוקדים יותר, או אפילו יותר, ללא רגישות אופטית, או צהובה (אומטר), או יותר טוב יותר, ללא רגישות אופטית, או צהובה, או צהובה, או צהובה, או צהובה, או יותר, או יותר, או יותר, או יותר, או יותר, או יותר, ללא רגישות טובה יותר, ללא רגישות טובה יותר, ללא רגישות אופטית, או מגנטית, או יותר, ללא רגישות טובה יותר, ללא רגישות אופטית, ללא רגישות טובה יותר, ללא רגישות אופטית, או מגנטית, ללא רגישות אופטית, או מגנטית, או מגנטית, או צהובה, ללא רגישות טובה יותר, או מגנטית, או מגנטית, או יותר, או מגנטית, או צהובה, או צהובה, או צהובה

OPMs מסחריים זמינים כעת כי להשיג רגישות -100 fT / ⁇ Hz, מתאים להקלטות שדות מעוררים, פעילות קליפת המוח המנוע, ואפילו ספיגות אפילספקיות בין-מערכתיות שלהם משקל, גמיש גורם מאפשר לערכים שניתן להתאים לתנועה, המאפשר מחקרים בסביבות טבעיות - משהו בלתי אפשרי עם קבוצות מחקר קבועות SQUID.

גיאופיזיקה וארכיאולוגיה

מגנטים אופטיים משמשים נרחב ב-FLT:0geophysical סקרים של מגנט 1Felo כדי למפות מבנים תת-קרקעיים, לזהות פקדות מינרלים, ולאתר תכונות ארכיאולוגיות.רגישותם הגבוהה והזמינות שלהם הופכים אותם אידיאליים עבור סקרים באוויר או קרקעיים, לדוגמה, מגנטי cesium vapor יכול לזהות וריאציות בתחום המגנטי של כדור הארץ כמו 0.01, 000 מגנטיות מגנטיות, או מגנטיות, למשל, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, למשל, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, יכול לזהות מגנטיות, מגנטיות, לזהות מגנטיות, או מגנטיות, מגנטיות, לדוגמה, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, מגנטיות, יכול לזהות מגנטיות מגנטיות, לזהות מגנטיות, מגנטיות.

ההתקדמות האחרונה הרחיבה את היכולת של מגנטים אופטיים עבור FLT:0underwater או glehole הפריה הפריסה FLT:1, שבו משלוח סיבים אופטיים של אור מאפשר לראש החיישן להיות ממוקם מרחוק מן האלקטרוניקה השולטת.

פיזיקה בסיסית: Axion and Dark Zone Searches

מגנטים רגישים אולטרה רגישים הם מרכזיים בחיפוש אחר מודל סטנדרטי:0 חלקיקים דמויי גולגולת (ALPs)FLT:1 ותופעות אקזוטיות אחרות מעבר למודל הסטנדרטי. Axions, אם הם קיימים, יכולים זוג לצלם בשדה מגנטי, גרימת סיבוב זעיר של מטוס הקיטוב - אפקט קיצוני דומה לאפקט ה-Farverseday.

(הופנה מהדף ⁇ ) מגנטים אופטיים משמשים גם כ-FLT:0 (comagnetalssofs) 1 לבדיקות של לורנץ בחלופה ו- CPT סימטריה, שבו התגובה השונה של שני מינים אטומיים לתחום רקע מקביל ניתן למדוד עם דיוק שאין דומה.

ניתוח השוואתי של מגנטימ טכנולוגיות

כדי להעריך את נקודות החוזק של מגנטים אופטיים, מומלץ להשוות אותם עם טכנולוגיות מובילות אחרות:

  • (FLT:0) ניהול מכשירים קוונטיים (SQUIDs): תקן הזהב עבור רגישות גבוהה (fT / ⁇ Hz ל-T / ⁇ Hz), אך דורש קירור Cryogenic (החליש הליום או חנקן) זה מוסיף עלות, גודל ומורכבות. מגנטים אופטיים ניגשים דומים לטמפרטורות החדר, מה שהופך אותם מועדפים עבור יישומים ניידים ולבושים.
  • (FLT:0)Fluxgate מגנטימטרים: FLT:1 , Robust, בעלות נמוכה, ופועל בטמפרטורת החדר, אך הרגישות שלהם מוגבלת ל 10 pT / ⁇ Hz.הם משמשים באופן נרחב בחלליות וניווט, אך אינם מתאימים לגילוי אותות המוח או פיזיקה אקזוטית.
  • (FLT:0) חיישןי החטיפה: ⁇ 1 קומפקטי וזול, אך רגישויות אופייניות הן בטווח ה- μT.הם משמשים לתחושה של מיקום ומדידה הנוכחית, לא למגנטיות גבוהה.
  • (FLT:0 Magneto-Impedance (MI) Sensors:FLT:1 יכול להשיג רגישות nT בחבילה קטנה, אבל הם עדיין פקודות של גודל פחות רגיש מאשר מגנטים אופטיים.
  • (FLT:0)NV Diamond magnetometers:FLT:1) טכנולוגיה של מצב מוצק המתעוררת המשתמשת במרכזי חנקן-vacancy ביהלום, המציעה פתרון מרחבי גבוה ורגישות כלפי nT/ ⁇ Hz בטמפרטורת החדר. בעוד מבטיח הדמיה ננומטרית, הרגישות שלהם עדיין לא תואמת את זה של מגנטים אופטיים הטובים ביותר עבור שדות מקרומטריים.

מגנטים אופטיים תופסים מקום מתוק: הם משלבים ניתוח של חדר-זמן עם רגישויות כי יריב SQUIDs, תוך מתן גמישות בעיצוב (מצטבר, היקף השבבים, או cavity-enhanced) ואת הפוטנציאל עבור המדידות הקוונטי-enhanced. עבור יישומים רבים, הם הופכים במהירות לטכנולוגיה של בחירה.

כיוונים עתידיים

השדה של מגנטיות אופטית ממשיך להתפתח, מונע על ידי התקדמות בפוטניקה, פיזיקה אטומית, והנדסת הקוונטים. כמה כיוונים מבטיחים הם באופק:

אינטגרציה Photonic

שילוב לייזרים, מודולים, תאים אדפור, וגלאים על שבב פוטוני יחיד הוא מטרה עיקרית. סיליקון photonics ו סיליקון גל מודרך יכול לארח FLT:0microring resonators (FLT:1 עם רמות Q-factors גבוהות, המאפשרים על מגנטים בקנה מידה גדול של צ'יפ) כבר הוכחומים, אבל יכול היה לדחוס מקורות חדשים (למשל, כמו גם) אבל יכול היה לדחוסים, כדי לרחוץ על ידי לחץ על ידי מגנטים, אך ורק על ידי מגנטים (אום) של אור קטן).

מדממים חשמליים מבוססי יהלום NV

בעוד שמגנטי NV היהלום נמצאים כעת נפרדים ממגנטים אופטיים של גז, גישות היברידיות המשלבות מרכזי NV עם חללים אופטיים נחקרות.מצבי הספין של מרכז NV יכולים לקרוא באופן אופטי, ו הצבת ננודות בתוך מיקרו-עוצמה יכולה לשפר את יעילות הקריאה, פוטנציאל להגיע לרגישויות בחדר-זמן-אווירה יכול לאפשר לתאים מגנטיים או לסימולציה גבוהה של תאים מגנטיים.

רשתות קוונטיות ו- Distributed Sensing

ניתן לחלק את מדינות האור המבוכות למרחקים ארוכים באמצעות סיבים אופטיים, המאפשרות רשתות של מגנטים רגישים לא רק לתחומים מקומיים, אלא גם לתחומים או לתקשורים מרחביים.רשתות כאלה יכולות לשמש למעקב גיאוגרפי (למשל, מיפוי בזמן אמת של סערות גיאומגנטיות) או לגילוי גלי כבידה באמצעות מגנטיות.

מבצע בסביבה קיצונית

התאמת מגנטים אופטיים לשימוש בלחץ גבוה, עתירי טמפרטורה גבוהה, או סביבות עשירות קרינה (למשל, כור גרעיני, משימות חלל) הוא תחום פעיל של מחקר. Robust אריזה, משלוח כל סיביר, וייצוב פסיבי הם המפתח להכנת החיישנים האלה אמין בתנאים אלה.

ככל שההתפתחויות הללו בוגרות, אנו יכולים לצפות ממגנטים אופטיים להיות רגישים יותר, קומפקטיים וגופניים יותר.המשחק בין אופטיקה פיזית לבין חשונות קוונטית יניב כנראה מכשירים שלא רק למדוד שדות מגנטיים בעלי דיוק חסר תקדים, אלא גם יאפשר דרכים חדשות לחלוטין של חתירה ברחבי העולם סביבנו ומעבר לו.