An integrated system of hardware and software allowing precise definition of arbitrarily oriented magnetic fields up to |B| = 1 μT within a five-layer Mumetal shield is described. The system is calibrated with reference to magnetic resonance observed between Zeeman states of the 6S1/2 F = 4 133Cs ground state. Magnetic field definition over the full 4π solid angle is demonstrated with one-sigma tolerances in magnitude, orientation, and gradient of δ|B| = 0.94 nT, δθ = 5.9 mrad, and δ|B|=13.0 pT/mm, respectively. This field control is used to empirically map Mx magnetometer signal amplitude as a function of the static field (B0) orientation.

1.
H. B.
Dang
,
A. C.
Maloof
, and
M. V.
Romalis
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
151110
(
2010
).
2.
R.
Mhaskar
,
S.
Knappe
, and
J.
Kitching
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
241105
(
2012
).
3.
S.
Pustelny
,
W.
Gawlik
,
S. M.
Rochester
,
D. F.
Jackson Kimball
,
V. V.
Yashchuk
, and
D.
Budker
,
Phys. Rev. A
74
,
063420
(
2006
).
4.
M. N.
Nabighian
,
M. E.
Ander
,
V. J. S.
Grauch
,
R. O.
Hansen
,
T. R.
LaFehr
,
Y.
Li
,
W. C.
Pearson
,
J. W.
Peirce
,
J. D.
Phillips
, and
M. E.
Ruder
,
Geophysics
70
,
63ND
10.1190/1.2133785 (
2005
).
5.
W. F.
Stuart
,
Rep. Prog. Phys.
35
,
803
(
1972
).
6.
E.
Boto
,
R.
Bowtell
,
P.
Krüger
,
M. T.
Fromhold
,
P. G.
Morris
,
S. S.
Meyer
,
G. R.
Barnes
, and
M. J.
Brookes
,
PLoS One
11
,
e0157655
(
2016
).
7.
O.
Alem
,
T. H.
Sander
,
R.
Mhaskar
,
J.
LeBlanc
,
H.
Eswaran
,
U.
Steinhoff
,
Y.
Okada
,
J.
Kitching
,
L.
Trahms
, and
S.
Knappe
,
Phys. Med. Biol.
60
,
4797
(
2015
).
8.
S.
Groeger
,
G.
Bison
,
J. L.
Schenker
,
R.
Wynands
, and
A.
Weis
,
Eur. Phys. J. D
38
,
239
(
2006
).
9.
R.
Jiménez-Martínez
,
W. C.
Griffith
,
Y. J.
Wang
,
S.
Knappe
,
J.
Kitching
,
K.
Smith
, and
M. D.
Prouty
,
IEEE Trans. Instrum. Meas.
59
,
372
(
2010
).
10.
S.
Afach
,
C. A.
Baker
,
G.
Ban
,
G.
Bison
,
K.
Bodek
,
Z.
Chowdhuri
,
M.
Daum
,
M.
Fertl
,
B.
Franke
,
P.
Geltenbort
,
K.
Green
,
M. G. D.
Van Der Grinten
,
Z.
Grujic
,
P. G.
Harris
,
W.
Heil
,
V.
Hélaine
,
R.
Henneck
,
M.
Horras
,
P.
Iaydjiev
,
S. N.
Ivanov
,
M.
Kasprzak
,
Y.
Kermaidic
,
K.
Kirch
,
P.
Knowles
,
H. C.
Koch
,
S.
Komposch
,
A.
Kozela
,
J.
Krempel
,
B.
Lauss
,
T.
Lefort
,
Y.
Lemiere
,
A.
Mtchedlishvili
,
O.
Naviliat-Cuncic
,
J. M.
Pendlebury
,
F. M.
Piegsa
,
G.
Pignol
,
P. N.
Prashant
,
G.
Quéméner
,
D.
Rebreyend
,
D.
Ries
,
S.
Roccia
,
P.
Schmidt-Wellenburg
,
N.
Severijns
,
A.
Weis
,
E.
Wursten
,
G.
Wyszynski
,
J.
Zejma
,
J.
Zenner
, and
G.
Zsigmond
,
Eur. Phys. J. D
69
,
225
(
2015
).
11.
A.
Weis
,
G.
Bison
, and
A. S.
Pazgalev
,
Phys. Rev. A
74
,
033401
(
2006
).
12.
S. J.
Seltzer
and
M. V.
Romalis
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
4804
(
2004
).
13.
V.
Shah
and
M. V.
Romalis
,
Phys. Rev. A
80
,
013416
(
2009
).
14.
L.
Lenci
,
S.
Barreiro
,
P.
Valente
,
H.
Failache
and
A.
Lezama
,
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
45
,
215401
(
2012
).
15.
V.
Acosta
,
M. P.
Ledbetter
,
S. M.
Rochester
,
D.
Budker
,
D. F. J.
Kimball
,
D. C.
Hovde
,
W.
Gawlik
,
S.
Pustelny
,
J.
Zachorowski
, and
V. V.
Yashchuk
,
Phys. Rev. A
73
,
053404
(
2006
).
16.
E.
Breschi
,
Z. D.
Grujić
,
P.
Knowles
, and
A.
Weis
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
023501
(
2014
).
17.
S.
Pustelny
,
A.
Wojciechowski
,
M.
Gring
,
M.
Kotyrba
,
J.
Zachorowski
, and
W.
Gawlik
,
J. Appl. Phys.
103
,
063108
(
2008
).
18.
J.
Fang
and
J.
Qin
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
103104
(
2012
).
19.
A.
Papoyan
,
S.
Shmavonyan
,
A.
Khanbekyan
,
K.
Khanbekyan
,
C.
Marinelli
, and
E.
Mariotti
,
Appl. Opt.
55
,
892
895
(
2016
).
20.
N.
Castagna
,
G.
Bison
,
G.
Di Domenico
,
A.
Hofer
,
P.
Knowles
,
C.
MacChione
,
H.
Saudan
, and
A.
Weis
,
Appl. Phys. B
96
,
763
(
2009
).
21.
T. J.
Sumner
,
J. M.
Pendlebury
, and
K. F.
Smith
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
20
,
1095
(
1987
).
22.
W.
Chalupczak
,
A.
Wojciechowski
,
S.
Pustelny
, and
W.
Gawlik
,
Phys. Rev. A
82
,
023417
(
2010
).
23.
T.
Zigdon
,
A. D.
Wilson-Gordon
,
S.
Guttikonda
,
E. J.
Bahr
,
O.
Neitzke
,
S. M.
Rochester
, and
D.
Budker
,
Opt. Express
18
,
25494
(
2010
).
24.
A. K.
Vershovskii
and
E. B.
Aleksandrov
,
Opt. Spectrosc.
100
,
12
(
2006
).
25.
S.
Pustelny
,
D. F.
Jackson Kimball
,
S. M.
Rochester
,
V. V.
Yashchuk
, and
D.
Budker
,
Phys. Rev. A
74
,
063406
(
2006
).
26.
S.
Colombo
,
V.
Dolgovskiy
,
T.
Scholtes
,
Z. D.
Grujić
,
V.
Lebedev
, and
A.
Weis
,
Appl. Phys. B
123
,
35
(
2017
).
You do not currently have access to this content.