问题—— 无自旋交换弛豫（SERF）原子磁强计凭借超高灵敏度，成为量子精密测量领域的重要传感器，广泛应用于基础科学研究及暗物质探测、材料分析等前沿领域。随着极弱磁场探测需求向实际应用延伸，SERF磁强计正加速向小型化、集成化发展，在生物磁测量和地磁导航等场景显示出巨大潜力。医疗领域也已验证其对心脑血管信号的高灵敏度探测能力。然而，实际应用对设备的长期稳定性和可靠性提出了更高要求。 目前的技术难点在于：SERF磁强计通常通过测量线偏振光穿过碱金属气室后的旋光角来读取信号，而旋光角信号需转换为强度差分信号进行检测。该过程使系统对激光功率波动和慢漂移极为敏感，进而影响长期稳定性和测量可信度。 原因—— 传统检测机制依赖偏振器件将偏振角信息映射为光强差，再通过探测器读取。虽然法拉第调制、磁场调制、光弹调制等技术已明显提高了灵敏度，但这些方法的共同问题是读出信号与光功率高度涉及的。实验中的激光功率抖动、热漂移和器件老化等因素会直接引入信号通道，导致基线漂移和低频噪声增加。对于需要长时间连续测量的任务，这类技术噪声成为限制性能的关键瓶颈，使得高灵敏度难以转化为高可靠性。 影响—— 技术噪声不仅增加了瞬时噪声，更严重的是削弱了设备的稳定性和可重复性。功率漂移会导致输出信号随时间变化，使相同磁场条件下的读数不一致；同时——漂移还会压缩有效动态范围——增加校准频率，推高运维成本，阻碍其在工程和医疗等领域的推广。对于生物磁测量等低频敏感应用，慢漂移甚至可能与目标信号频段重叠，引入更复杂的误差。因此，开发能够抑制光功率漂移的新型检测策略，是推动SERF磁强计实现实用化的关键。 对策—— 针对这一问题，北京航空航天大学翟跃阳研究员、杭州极弱磁场国家重大科技基础设施研究院曹乾博士后与南京大学胥亮研究员合作，提出了一种基于倒弱值放大（IWM）的SERF磁强计检测方法。该方案将弱测量理论引入光学系统设计：将光子偏振自由度作为携带磁场信息的“系统”，探测激光的高斯空间分布作为“指针态”，通过偏振与空间模式的弱耦合及后选择，将磁场引起的微小偏振变化映射为暗端口光束的空间位移，而非传统的强度差。随后，利用位移—磁场响应曲线确定最优工作点，实现高灵敏度磁场检测。 实验表明，当外界磁场变化时，暗端口光束的空间分布随之改变；通过四象限探测器测量光束重心位移，可获得色散型位移响应曲线。这一方法显著抑制了激光功率波动引入的技术噪声，将信号稳定性提升1至2个数量级，为兼顾高灵敏度和高稳定性提供了新思路。相关成果发表于《Photonics Research》2026年第2期。 前景—— 极弱磁场测量正从实验室走向复杂环境和多学科应用。小型化、集成化要求系统对环境扰动更鲁棒，而生物医学、导航和材料检测等领域则强调长期稳定运行和低维护需求。倒弱值放大框架将磁场信息从“强度域”转向“空间域”读取，在不牺牲灵敏度的前提下提升了抗漂移能力。未来，通过优化器件集成、系统标定和温漂控制等工程化研究，有望继续提高SERF磁强计在实际应用中的可靠性。此外，该方法对其他依赖偏振读出的精密测量系统也具有借鉴意义。
从理论突破到技术落地，这项研究展现了“从0到1”创新的典型路径。在量子科技的国际竞争中，中国科学家再次证明：解决关键技术难题不仅需要坚持，更需要打破思维定式的勇气。随着跨学科创新的不断涌现，我国高端科学仪器的自主发展前景将更加广阔。