磁场强度是物理学中重要的基本物理量之一,磁场的精确测量在地球物理、空间探测、生物医学、军事国防等诸多领域有着广阔的应用前景。基于光泵磁共振测量方法的激光自激式的光泵磁力仪,由于具有灵敏度高、频率响应宽、体积小且可连续测量等优点,而成为当前测量和分析磁场的有效工具。对激光自激磁力仪本身的研究也成为了热点问题。国外针对此类磁力仪的研究起步较早,并且实现了较高的性能指标,而国内则起步相对较晚,技术水平也较国外的同类磁力仪较低。因高性能的磁力仪的特殊用途,美国、加拿大等技术先进的国家限制我国进口高性能的磁力仪。在此背景下,我国对高性能磁力仪的研究就显得尤为重要。本文通过比较各种磁场测量方法,凸显出激光自激式磁力仪在综合性能上的优势,在此基础上详细介绍了自激式激光原子磁力仪的的基本原理,并就实现此磁力仪的关键电子学技术以及设计方法进行了详尽阐述。该关键技术主要包括高稳定恒流源稳频电路、含低噪声放大的振荡电路、高精度频率测量电路和吸收池无磁加热及温度控制电路等部分。论文最后还探讨了为保证该磁力仪性能和可靠性的低噪声设计。主要研究内容如下:(1)提出了精密恒流源与压控镜像微电流源协同控制激光电流方案,实现了激光波长的高精度锁定。本方案由精密恒流源输出1mA的高稳定度电流为激光器提供工作点,由压控镜像微电流源提供电流微调。激光与铯原子的共振吸收信号经锁相放大后反馈控制微电流源进行频率锁定。经测试,恒流源稳定性优于10-6A、激光波长稳定度优于1.925×10-4nm,微电流源连续可调且线性度良好。(2)采用FPGA粗计数与TDC高精度时间测量相结合的方法,实现了磁力仪振荡频率的高精度测量。地磁场下,铯原子磁力仪振荡频率范围为70kHz-350kHz。本方法采用单通道90ps测量精度的TDC芯片与0.1ppm频率稳定度的FPGA数字系统来实现高精度频率测量。在铯原子磁力仪范围内,实测频率的最大误差小于0.065Hz,标准差小于0.009Hz,数据更新率大于30Hz。(3)设计了交流无磁加热气室温度控制电路,消除了加热电流对磁场测量结果的影响。激光磁共振需要将铯原子加热到气态,为了避免了直流加热对磁场的影响本方案采用10KHz交流无磁加热,其频率在铯原子磁力仪工作频率范围外,且产生的噪声可被锁相滤除。无磁加热电路在16欧电阻上加热功率可达4.7W,且连续可调。采用PID算法温度控制后,短时(1min)温度的稳定性优于0.1℃,长时(30h)稳定性优于0.3℃。最后,本文在国家弱磁一级计量站对自激式激光原子磁力仪样机的各项性能指标进行了测试和分析,其测量范围为2X104至105nT,灵敏度优于3pT/(?),频率响应速度可以达到30Hz以上。