一、中心基本情况

本中心面向世界科技前沿和国家重大战略需求，通过物理、光学、机械、材料、控制等多学科交叉融合，开展原子自旋系综极化与闭环操控、原子自旋系综进动信号高精度检测、多源噪声抑制等理论与方法研究，研制专用窄谱激光光源、高性能原子气室、高性能中小型被动磁屏蔽系统、无磁电加热系统和高精度线圈等核心器部件，建成国内领先、国际一流的超高灵敏磁场和惯性测量科学装置与仪器技术科技创新和成果转移转化平台，满足零磁物理学等前沿科学应用需求，以及高精度惯性导航定位、磁异常探测、深空磁探测、量子极弱磁场计量等国防重大需求，有力支撑国家重大基础设施建设，带动新兴产业的形成和发展。

二、组织架构与人员情况

本中心共有专职科研人员41名，其中教授5人、副教授4人，博士研究生48名，硕士研究生36人，下设专业研究所和研究生部。专业研究所包括装置与仪器总体所、核心器部件所，聚焦关键核心技术攻关，负责装置与仪器及其核心器部件研究及产业化。研究生部负责研究生管理、培养及思政工作，提升人才培养水平。

三、主要研究方向和研究成果

（1）超高灵敏极弱磁场测量科学装置与仪器技术

本中心在超高灵敏极弱磁场测量方面，具有扎实的工作基础和雄厚的研究实力。2008年起在国内率先开展了SERF磁场测量的研究，2013年起团队承担了国家自然科学基金委重大科研仪器专项“基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置”（经费：8850万），经过6年的研究，突破了多项关键技术，成功研制出了一套基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置，其中基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量子装置，2019年经国防科技工业第一计量测试研究中心和国防科技工业弱磁一级计量站的第三方测试，磁场梯度测量灵敏度达到0.089fT/Hz1/2（30~39Hz）。

图 1 基于原子自旋SERF效应的超高灵敏磁场测量研究历程

在此基础上，团队在国家重点研发计划、浙江省重点研发计划等项目的支持下，突破了微小原子气室的极化和检测、芯片化关键器件、磁强计无磁集成等技术，研制了高精度原子磁强计和芯片化原子磁强计，其中高精度原子磁强计灵敏度优于2fT/Hz1/2 (20-100Hz)，优于国外最好水平。

图 2 北航微小型原子磁强计的研究历程

（2）超高灵敏惯性测量装置与仪器技术

中心超高灵敏原子自旋惯性测量科学装置与仪器技术的研究主要经历了三个阶段：

第一阶段：2008-2013年自筹经费启动项目研究，实现了原子自旋惯性测量装置原理验证，突破的关键技术包括：原子气室制备、原子自旋极化与超极化、旋光角检测、磁屏蔽磁补偿、陀螺效应验证，如下图所示。2008年在国内率先开展研究，2010年5月在国内首次实现原子自旋SERF态，原子自旋的线宽达到1Hz量级。2011年底实现了核自旋对外界微弱磁场的自补偿，研制了国内首套超高灵敏惯性测量装置。

图 3 超高灵敏原子自旋惯性测量科学装置第一阶段研究简介

第二阶段：2013-2016年在自然基金委仪器专项支持下实现与国际指标纪录同量级的灵敏度，突破的关键技术包括：原子源选择与配比研究、高性能碱金属气室制作、坡莫合金磁屏蔽系统设计、混合光抽运理论与方法、高稳定度主结构设计，如下图所示。于2016年6月实现惯性测量灵敏度1.2×10-6 o/s/Hz1/2（5Hz）。

图 4 超高灵敏原子自旋惯性测量科学装置第二阶段研究简介

第三阶段：2016-2021在自然基金委仪器专项等支持下实现国际领先的灵敏度指标，突破的关键技术包括：核自旋自补偿能力提升、锰锌铁氧体低噪声磁屏蔽、极化稳定控制光学系统设计、低频振动隔振系统、自旋调制移频测量方法，如下图所示。随后突破高压气室、新型低噪声磁屏蔽等关键技术，并于2019年初实现了1.8×10-6 o/s/Hz1/2（1 Hz）的惯性测量灵敏度指标，为高精度原子自旋惯性测量仪表的研制提供了重要支撑。

图 5 超高灵敏原子自旋惯性测量科学装置第三阶段研究简介

图 6 超高灵敏惯性测量装置与仪器技术研究历程

依托本平台研制的超高灵敏惯性测量科学装置，课题组与清华大学合作开展了第五种力测量研究并取得突破性进展，相关成果发表在Phys. Rev. Lett.上，引起广泛关注。