光测未来赋能量子传感：上海交大芯片级原子磁力仪实现极致温控与低磁干扰双突破

近日，上海交通大学研究团队在国际知名期刊Sensors and Actuators: A. Physical（第400卷）上发表题为 A low-magnetic-field laser emitter module with dual-layer microcoil for chip-scale atomic magnetometer applications 的突破性成果。在该研究中，光测未来高精度温控解决方案为VCSEL激光发射模块提供了核心热管理支撑，助力研究团队实现±0.005℃的温度控制稳定性与0.49nT/mA的低磁干扰系数，标志着我国在芯片级原子磁力仪领域迈入国际前列。

研究背景：芯片级原子磁力仪的热控与磁抑制双重挑战

芯片级原子磁力仪（CSAM）能够实现fT级超高灵敏度磁场测量，广泛应用于脑磁图（MEG）、心磁图（MCG）、资源勘探等尖端领域。研究显示，无自旋交换弛豫磁力仪的理论灵敏度可达0.001fT/√Hz，实验原型已实现0.16fT/√Hz的超高灵敏度，性能媲美超导量子干涉仪，且无需低温制冷。

在CSAM系统中，VCSEL激光器是核心组件，用于激发碱金属原子（如Rb⁸⁷）的能级跃迁。然而，VCSEL芯片面临两大工程难题：

1. 精密温控需求：VCSEL输出波长对温度极其敏感，必须实现亚0.01℃级稳定性才能锁定Rb⁸⁷的794.98nm共振线。

2. 磁场干扰抑制：传统温度控制线圈工作时会产生寄生磁场，严重干扰原子磁力仪的fT级磁场测量灵敏度。如何在紧凑的芯片级架构中同时实现极致温控与磁场抑制，成为突破CSAM性能瓶颈的关键。

光测未来温控方案集成于芯片级原子磁力仪激光发射模块（LEMC），实现极致温控与低磁干扰的统一。

光测未来温控方案：精密热管理的核心技术支撑

上海交通大学团队设计了一种创新的双线圈磁场抑制型激光发射模块（LEMC），其核心热管理方案依托光测未来高精度温控技术的有力保障：

• 高导热Si-Si₃N₄复合基底——相比传统Al₂O₃基底（导热系数20-30W/m·K），硅基底导热系数高达130-150W/m·K。热仿真结果显示，Si₃N₄-Si复合基底温度梯度仅0.352℃，远优于玻璃基底的28.255℃和Al₂O₃基底的1.300℃。

• 对称双线圈磁场抑制结构——采用Type I交叉对称电流布局，相邻导线电流方向相反。峰值磁场仅为传统结构的40.1%-56.8%，双层线圈相比单层结构峰值磁场降低55.9%。

• 光测未来高精度温控系统集成——研究团队集成了光测未来高精度温控方案（论文中使用的激光驱动与热控电路为LC100mA-1模块，由光测未来提供），实现了以下关键指标：

技术亮点：精密温控赋能量子精密测量

• 亮点一：±0.005℃超高控温精度

在80℃设定点下，系统实现了±0.005℃的极致温度稳定性。这一指标确保VCSEL输出波长长期锁定在Rb⁸⁷的794.98nm共振线附近，温度漂移引起的波长变化被抑制到<0.0003nm，直接支撑原子磁力仪的fT级灵敏度。该性能明显优于同类研究中0.01℃-0.2℃的控温精度水平。

在80℃设定点下，光测未来温控方案助力系统实现±0.005℃的极致温度稳定性，为VCSEL波长锁定提供可靠热环境。

• 亮点二：0.49nT/mA低磁干扰

在2mm距离处测得磁场干扰系数仅0.49nT/mA，优于同类研究的0.51-5.53nT/mA范围，验证了双线圈对称布局在磁场抑制方面的优越性。Z轴残余磁场在8mm距离处低至17.0nT。

在50℃设定点下，Z轴残余磁场随距离快速衰减，2mm处磁场系数仅0.49nT/mA，优于同类研究。

• 亮点三：宽温区可靠运行

工作温度范围覆盖40℃-90℃全工况，70mA驱动电流即可达到90℃以上。线圈电阻呈现优异的线性特性，确保了PID热控算法的稳定性。

• 亮点四：低功耗便携设计

工作电压低于7V，满足CSAM系统对低功耗、便携化、芯片级集成的苛刻要求，为星载、可穿戴等量子传感器应用场景提供了可行方案。

研值价值与产业前景

本研究首次将磁场抑制型双线圈结构与高精度温控系统深度结合。光测未来的高精度温控方案在其中发挥了关键支撑作用——从热界面材料选择到温度闭环控制策略，光测未来温控系统的±0.005℃控温精度和长期稳定性为VCSEL芯片提供了极为理想的热工作环境。在对比分析中，该项研究在同等或更近测试距离下，磁场干扰系数全面领先，验证了光测未来温控方案在极端精密测量领域的技术优势。

这一成果不仅验证了芯片级原子磁力仪在无屏蔽地磁环境中的应用潜力，也充分展示了光测未来温控技术在量子精密测量系统中的核心支撑能力。该温控方案已具备在量子传感器、脑磁/心磁图仪、资源勘探、星载磁力仪等高端科研与工业场景中的推广价值，为下一代紧凑型量子精密测量仪器提供了可靠的热管理底座。

关于光测未来

光测未来致力于为科研与工业领域提供高精度、高可靠性的温控与测量解决方案。公司自主研发的高精度温度控制技术已实现0.1mK级测温灵敏度与±0.001℃控温稳定度，打破国外技术垄断并实现产业化应用，为半导体产业链自主创新提供关键支撑。产品广泛应用于量子光学实验、高分辨率激光光谱仪、精密光学器件测试等场景，以及全国各类高校实验室和科研院所。

光测未来将持续推动温控技术的创新与应用，助力中国智能制造与全球科研进步。