● 摘要
本文在对国内外原子标量磁强计原理、装置、运行参数和性能指标所作的文献调研工作的基础上，设计了Bell-Bloom磁场测试系统，主要包括敏感头设计、光路系统设计和检测系统设计。依据系统设计的参数，本文建立了理论模型，并依照此模型对磁场测试系统进行了仿真分析。
根据系统设计的方案，本文搭建了Bell-Bloom磁场测试系统的实验平台。敏感头部分采用放置在屏蔽筒内的Cs原子，光路系统使用声光调制器对抽运光进行幅值调制，利用集成化的机械结构实现系统小型化，检测系统使用数据采集卡实现信号的提取、解调与处理，并初步实现闭环频率控制。
最后本文对搭建的Bell-Bloom磁场测试系统进行了实验验证，首先是对系统的磁场测试性能的验证，主要包括扫频条件下和闭环控制条件下的实验验证，实验数据与仿真结果基本吻合。本文中还通过实验得出了各个运行参数对磁场测试性能的影响，随着调制信号占空比减小，测试系统的线宽减小；当抽运光与磁场的夹角增大直到90°，线宽会逐渐被压窄；当碱金属气室加热温度升高到100°以上时，线宽逐渐减小并趋于稳定；而随着抽运光功率增加，线宽先展宽后压窄。文中利用所建立的数学模型对各个参数的影响进行了理论分析，其中调制信号占空比和抽运光与磁场的夹角对线宽的影响与理论模型可以很好地吻合，而抽运光功率和碱金属气室加热温度对线宽的影响目前只能用理论模型定性地解释。此外，在优化实验参数的基础上，本文还测定了系统的性能指标，根据最小线宽计算的磁场灵敏度为7.9fT/Hz1/2，而实际测得系统的磁场灵敏度为10.27pT/Hz1/2，受限于系统所用数据采集卡的量化误差引入的噪声。