原子磁力仪作为一种量子传感器,由于具有高性能和易于小型化的特点,正逐渐成为磁探系统中的核心传感器。随着磁探系统应用的多元化,磁传感器也向着多个指标的高性能发展。为了满足应用需求,需要对原子磁力仪如何同时保持多个高性能的指标进行研究。本文主要对基于相干布居囚禁原理的磁场测量方案进行了研究,利用双共振原理和线偏振激发的方式,保证了原子磁力仪±0.5nT的绝对精度、20pT/(?)的灵敏度和10Hz的采样率,实现对磁场准确值和变化量的精确测量。双共振原理利用激光光场的调制边带同时激发多个磁子能级,产生相反频移的两个相干布居囚禁信号,从而减小频移机制的影响。线偏振的激发方案消除了因光泵浦作用引起的原子非相干暗态的产生,提高原子利用率和信号信噪比。随后,本文提出了一种基于频移机制的差分方法。这种方法的优点是在保证绝对精度的情况下消除了共模噪声的影响,使磁力仪的灵敏度提高到了 2pT/(?)。接着,本文介绍了基于双共振和线偏振激发原理的相干布居囚禁磁力仪原理样机的相关情况。最后,本文对磁力仪的噪声来源进行了分析,发现噪声主要来源于激光频率抖动引起的频率-幅度噪声,在此基础上提出了一种利用原子气室端面反射方法的饱和吸收光谱锁频技术。该技术具有装置简单、可靠性高和锁频效果好等特点,不仅适合磁力仪的工程化实现,也同样适合其他量子传感器的装置简化,提高在运动平台上的适应性。本文的章节安排:第一章主要介绍了磁场测量的发展与应用需求以及磁传感器的种类、工作原理、优缺点和应用场合;第二章主要介绍了各种原子磁力仪的工作原理、优缺点和国内外发展现状,分析了影响原子磁力仪灵敏度和绝对精度的因素,提出了本课题的研究意义;第三章主要介绍了相干布居囚禁磁力仪原理、双共振原理和线偏振激发原理的实验研究以及利用差分方法实现噪声抑制的方案;第四章主要介绍了相干布居囚禁磁力仪样机的研制情况,包括系统设计和性能测试;第五章主要对磁力仪的噪声进行了分析,并对锁频方法进行了实验研究;第六章主要对本文的内容进行了总结和展望。