磁场和惯性、重力一样,都是最基本、最重要的物理探测量之一。准确探测和测量磁场,特别是极弱的磁场(低于nT级),对于理解物理世界是很有意义的。随着弱磁传感器在科研、国防、生物医学、工业生产等领域发挥着重要作用,其灵敏度、体积结构等重要参数在实际应用中被提出了更多更高的要求。原子磁力仪的磁场测量方式主要以旋光角的测量为主,用两束激光分别实现泵浦和检测,这种结构一般体积较大,在光路上无法精简体积,在原子磁力仪的微型化上有所限制。本论文在检测原理上做出改变,采用泵浦光和检测光结合的方式,用单光束进行磁力的测量,为微型化磁力仪的结构做出先行研究,主要的研究内容包括了:1、概述本实验课题的研究意义以及背景,将原子磁力仪的国内外研究进展以及研究现状进行了讨论,提出了继续研究的进展方向。2、将碱金属原子磁力仪的基本探测原理与概念进行介绍,包括原子磁力仪内碱金属原子内部结构以及特性,在光泵浦的情况下,碱金属原子的极化过程,加上磁场后自旋与磁场的相互作用。根据光泵原理分别分析了通过常用的法拉第法进行单光束和双光束进行测量的方案。3、详细地分析了气室内弛豫的部分,先讨论了三种主要弛豫包括自旋破坏弛豫,自旋交换弛豫,与器壁碰撞弛豫,根据弛豫产生的原因和结果仿真出各个弛豫最小的理论值以及条件。重分析了无自旋弛豫的产生,并讨论了各个影响因子包括温度、磁场、极化率对自旋交换弛豫的影响,并仿真得到各个影响因子的最优值。4、提出了利用单光束测量光功率从而测量矢量磁场的方案并进行介绍,对探测原理进行理论分析,对探测结果进行仿真分析。5、实验平台的搭建,主要实现利用单光束测量光功率从而测量矢量磁场的方案所需要的实验装置,对实验中的各个器件以及实验方案进行介绍,包括加热方法,温度控制,磁场搭建等。