该量子器件利用改进的激光腔技术，成功在宽工作范围内实现了极高的测量灵敏度。这一重大突破不仅有效克服了传统磁传感器在性能上的瓶颈，实现了灵敏度与动态范围的最佳组合，更为医疗诊断、无卫星导航以及地球磁场异常检测等实际应用场景开辟了全新的发展前景与机遇。
正文
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磁传感器突破性能壁垒
苏珊·柯蒂斯
一种将氮空位（NV）掺杂金刚石集成到激光腔内的磁传感器，树立了全新的性能标杆。
一个国际研究团队创造了一种激光增强型量子传感器，能够测量极弱的磁信号，例如大脑神经活动产生的信号（Nat. Commun., doi 10.1038/s41467-026-78386-z）。该器件还具备在实际环境中部署所需的工作特性，为医疗诊断、无卫星导航以及探测地球磁场异常开辟了新的前景。
更高的灵敏度
基于超导器件或气室的先进磁力计已经具备高灵敏度，但其对低温冷却和磁屏蔽的需求限制了其实际应用。金刚石中的氮空位（NV）色心提供了一种极具前景的替代方案，其量子自旋态能够对磁场变化做出响应。一种常见的方法是测量自旋态之间能量跃迁产生的荧光，这已经实现了在室温下运行的紧凑型器件。然而，其性能仍受到信号与背景荧光之间低光学对比度的限制。
为了克服这一限制，研究人员一直在研究利用NV掺杂金刚石传感能力的另一种方法。在这种称为激光阈值磁力测定法（LTM）的技术中，NV色心被直接集成到激光腔中，以依赖于磁场的方式改变输出信号。然而到目前为止，对激光发射的影响太弱，无法在宽工作范围内实现高灵敏度。
在这项最新工作中，研究人员将NV掺杂金刚石与一个独立的半导体激光器相结合，在腔内产生更多的光功率。当该系统暴露于外部磁场时，NV色心中的特定自旋态会吸收腔场中的部分光。通过在接近阈值的条件下运行激光系统，可以放大这种微小的信号损失，在这种情况下，NV色心对光的吸收可以完全抑制激光输出。
同类最佳
测试证实，这种组合激光系统对外部磁场响应强烈，对磁场的三个分量均实现了100%的测量对比度。根据这些测试，研究人员计算出了可达到的最佳灵敏度，其中一个方向达到了同类最佳的127 fT/√Hz，所有三个矢量分量均低于400 fT/√Hz。
这种最佳灵敏度是通过限制系统的动态范围来实现的，这减少了产生线性测量响应的磁场范围。然而，总体而言，该激光系统提供了迄今为止任何磁力计记录的最佳灵敏度与动态范围组合，这两个参数之间的比率比其他系统高出近600倍。“我们的方法可以解决长期以来限制磁场传感器开发和应用的一个权衡问题，”德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所的第一作者弗洛里安·沙尔（Florian Schall）表示。
资讯来源
- Optics & Photonics News (2026-10-29)
- 原文： 磁传感器突破性能壁垒
- https://www.optica-opn.org/home/newsroom/2026/october/magnetic_sensor_breaks_performance_barrier/