Fehlervorhersage der Querachsenprojektion in optisch gepumpten Magnetometern und ihre Auswirkungen auf Systeme der Magnetoenzephalographie

Optisch gepumpte Magnetometer (OPMs), die für die Magnetoenzephalographie (MEG) entwickelt wurden, arbeiten typischerweise im Spin-Austausch-Relaxationsfreien (SERF) Regime und messen eine magnetische Feldkomponente, die senkrecht zur Ausbreitungsachse der optisch pumpenden Photonen steht. Der gebräuchlichste Typ von OPM für MEG verwendet Alkaliatome, z.B. 87Rb, als Sensorelement und einen oder mehrere Laser zur Vorbereitung und Abfrage der magnetisch empfindlichen Zustände des Ensembles der Alkalitatome. Die Empfindlichkeit des OPM kann erheblich erhöht werden, indem es im SERF-Regime betrieben wird, wo die Spin-Austauschrate der Alkalitatome viel schneller ist als die Larmor-Präzessionsfrequenz. Das SERF-Regime ermöglicht Reststatische Magnetfelder bis zu ±5 nT. In der vorliegenden Arbeit zeigen wir jedoch durch Simulation und Experiment, dass Mehrachsenmagnetfelder in Gegenwart kleiner restlicher statischer Magnetfelder, die die SERF-Kriterien nicht verletzen, erhebliche Fehlerterme im Ausgangssignal des OPM einführen können. Wir nennen diese deterministischen Fehler Querachsenprojektionfehler (CAPE), bei denen magnetische Feldkomponenten des MEG-Signals, die senkrecht zur nominalen Sensorachse stehen, zum OPM-Signal beitragen und zu erheblichen Amplituden- und Phasenfehlern führen. Darüber hinaus haben wir durch Simulation herausgefunden, dass CAPE die Lokalisierungs- und Kalibrierungsgenauigkeit von auf OPM basierenden Magnetoenzephalographie (OPM-MEG) Systemen beeinträchtigen kann.