（线上部署）在线入口地址：https://www.zhihuishu.com/virtual_portals_h5/virtualExperiment.html#/indexPage?courseId=2000161881&labType=1&addType=1
一、实验简介：本实验依托FID型铯原子光泵磁力仪实体设备开发，面向物理、光电类专业量子传感核心教学需求。实体设备造价高昂、核心耗材损耗大、无法全员实操，虚拟仿真可实现无成本、不限次数光路、电路全流程训练，解决教学刚需。实验以塞曼效应、光泵浦、拉莫尔进动三大量子效应为核心主线，采用“虚拟仿真+实体对照”一体化教学设计，从基础光学器件校准到磁场定量测量层层递进，兼顾基础训练与科研探索。系统采用3D高精度建模，复刻894.6nmVCSEL光源、铯气室、光电检测电路实物结构，动态仿真原子自旋极化、FID自由衰减信号、FFT频谱解算全过程，弥补实体实验无法直观展示微观机理的短板。实验对标国内高校量子传感前沿教学内容，覆盖量子精密测量、原子光学、光电信号处理等交叉知识点，兼具本科教学实用性与前沿科研拓展性。
二、实验教学目标：
1、知识目标
（1）掌握铯原子磁力仪三大核心物理效应：塞曼分裂、光泵浦极化、拉莫尔进动；理解公式ω=γB物理含义与铯旋磁比参数。
（2）熟悉VCSEL激光器、1/4波片、偏振片、TEC温控、电流驱动等光学电子模块功能。
（3）掌握FID磁力仪完整工作时序：极化-关断偏振场-FID信号采集-FFT频谱解算磁场全流程。
2、能力目标
（1）独立完成3D虚拟光路搭建、激光器波长锁定、波片偏振校准。
（2）能够调试电路参数、设置气室80℃工作温度，观测时域衰减振荡FID信号。
（3）通过频谱提取拉莫尔频率，定量计算磁场强度。
3、素养目标
建立光-机-电-算一体化系统思维，培养量子精密测量科研实操能力、数据处理与误差分析科学素养，树立量子传感技术服务地磁探测、无损检测等工程应用的学科认知。
三、实验原理：
本实验为FID型铯原子光泵磁力仪，核心依托三大量子物理效应协同实现微弱磁场测量。
①塞曼效应：外磁场作用下，铯原子超精细能级发生塞曼分裂，产生与磁场强度线性相关的子能级，为原子极化提供能级基础；
②光泵浦极化：894.6nm圆偏振VCSEL激光（铯D1线）照射5×5×5mm³铯气室，气室加热至80℃提升铯原子蒸汽浓度，圆偏振光将原子自旋定向泵浦至统一塞曼子能级，形成宏观原子磁矩；
③拉莫尔进动：撤去泵浦偏振场后，宏观磁矩绕待测外磁场做自由进动，进动角频率满足ω=γB，铯原子旋磁比γ=2π×3.5Hz/nT。
原子自旋进动周期性调制透射激光光强，光电探测器将光强变化转化为电信号，得到自由感应衰减（FID）振荡波形；对时域信号做FFT傅里叶变换提取峰值频率，通过B=f/3.5（nT）反演得到待测磁场数值。
系统光学模块包含泵浦VCSEL、平凸透镜、1/4波片、偏振片，完成光束准直、偏振态转换；电子模块由ADL5315激光电流驱动、TEC温控电路、光电检测、信号采集单元组成，实现光源稳定、气室恒温与信号采集。
