<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1201365</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2023.1201365</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Comprehensive analysis on the magnetic field error of a K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer with low-frequency bias magnetic field sensitivity</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Wu et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fphy.2023.1201365">10.3389/fphy.2023.1201365</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Zhihong</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2271603/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Feng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Zhuo</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>Wenfeng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Pang</surname>
<given-names>Haoying</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>Wei</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering</institution>, <institution>Beihang University</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>The Key Laboratory of Ultra-Weak Magnetic Field Measurement Technology</institution>, <institution>Ministry of Education</institution>, <addr-line>Hangzhou</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>Zhejiang Provincial Key Laboratory of Ultra-Weak Magnetic-Field Space and Applied Technology</institution>, <institution>Hangzhou Innovation Institute</institution>, <institution>Beihang University</institution>, <addr-line>Hangzhou</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2047153/overview">Chong Zu</ext-link>, Washington University in St. Louis, United States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/162000/overview">C. S. Unnikrishnan</ext-link>, Sun Yat-sen University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Feng Liu, <email>liufeng1991@buaa.edu.cn</email>; Zhuo Wang, <email>zhuowang@buaa.edu.cn</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>02</day>
<month>06</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1201365</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>06</day>
<month>04</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>18</day>
<month>05</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Wu, Liu, Wang, Fan, Pang and Quan.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Wu, Liu, Wang, Fan, Pang and Quan</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>The spin-exchange relaxation-free comagnetometer (SERFC) is of important research value compared to existing high-precision gyroscopes because of its extremely high theoretical limit sensitivity and long-term stability, in which one significant limiting factor is the magnetic field error. First, the relationship between the magnetic field gradient and the nuclear spin relaxation mechanism is introduced into the frequency response and steady-state response models of SERFC. Then, a novel method for suppression of the low-frequency magnetic field error based on the modified bias magnetic field sensitivity model is proposed. Finally, the effectiveness of the proposed suppression methods is demonstrated by optimizing the cell temperature, pump light power, and compensation magnetic field gradient to increase the suppression factor by 72.19%, 20.24%, and 69.86%, and the corresponding bias instability increased by 55.41%, 20.84%, and 27.63%, respectively. This study contributes to improving the long-term zero bias stability of the SERFC.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>spin-exchange relaxation-free</kwd>
<kwd>comagnetometer</kwd>
<kwd>magnetic field gradient</kwd>
<kwd>bias magnetic field sensitivity</kwd>
<kwd>low-frequency magnetic error</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">61673041 62103026</contract-num>
<contract-num rid="cn002">2022M720362</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">National Natural Science Foundation of China<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001809</named-content>
</contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn002">China Postdoctoral Science Foundation<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100002858</named-content>
</contract-sponsor>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Quantum Engineering and Technology</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>In recent years, quantum sensing has been used in various applications, including fundamental physics research, such as Lorentz test and charge-parity-time (CPT) symmetry research [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], long-range spin correlation search [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] and high-precision rotary sensing gyroscopes [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], and controllability analysis of the atomic spin ensemble system [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]<italic>.</italic> Among them, the comagnetometer working in the no spin-exchange relaxation-free (SERF) state has proven to be of significant research value in ultra-high-precision inertial measurement instruments [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. In all applications, the comagnetometer of alkali noble gases working under the SERF regime is considered one of the promising quantum spin gyroscopes due to its extremely high theoretical limit accuracy [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. However, the magnetic field error caused by the magnetic field gradient is the main error source in the rotation measurement of the SERF comagnetometer [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. The main reason for the low-frequency magnetic field error is that the values of nuclear spin relaxation rate <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and nuclear spin exchange rate <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> cannot be ignored [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. In addition, the effect of magnetic field on the bias stability of SERFC based on K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne is analyzed, and the experiment shows that the bias drift caused by magnetic field fluctuation is 0.02&#xa0;deg/h in SERFC in [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]. Afterward, Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] carried out research on the magnetic field response of Rb&#x2013;<sup>129</sup>Xe, and the simulation results show that a larger nuclear magnetic field can shift the hybrid resonance frequency to the right, while a larger electronic magnetic field can reduce the magnetic field suppression factor.</p>
<p>In atomic sensor systems, the non-orthogonality of the triaxial coils and the non-overlapping of the laser direction and the magnetic field direction can cause the central position of the vapor cell not to coincide with the center position of the magnetic compensation system [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. The coupling effect between the magnetic shielding system that shields the external ambient magnetic field and the active magnetic compensation coil results in a non-uniform magnetic field distribution [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. In addition, magnetic shielding, heating film magnetic fields, and coil inhomogeneities can all lead to inhomogeneous field distribution in SERF comagnetometers, resulting in the magnetic field gradient [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. In addition, although the hybrid pumping technique was applied to K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne to solve the problem of lower atomic density and smaller optical depth of K atoms resulting in worse atomic coherence of the pumped optical path, the SERFC atomic spin polarization distribution was still experimentally demonstrated to be inhomogeneous [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. Therefore, both the coregulator components themselves and the atomic relaxation mechanism in SERFC introduce the magnetic field gradient and thus affect the coherence of the atoms.</p>
<p>In previous studies, the effect of magnetic field inhomogeneity on spin relaxation has been investigated. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] conducted systematic theoretical and experimental studies on the effect of magnetic field gradients on the spin relaxation of atoms. Afterward, [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>] derived the theoretical expression for the transverse relaxation rate of the spin-polarized gas due to the magnetic field gradient by combining Redfield theory. Consequently, all the aforementioned studies show that the magnetic field gradient brings about an equivalent gradient relaxation of the nuclear spins, which is a non-negligible factor to increase the atomic decoherence time [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. For various experiments on polarized nucleon spins aimed at increasing atomic coherence, it is important to develop a study of the compensation of magnetic field gradients based on the relationship between the atomic relaxation mechanism and the magnetic field inhomogeneity [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. However, it is rare and valuable to comprehensively and quantitatively analyze the influence of magnetic field gradients on <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> based on the bias magnetic field sensitivity model method for K&#x2013;Rb <sup>21</sup>Ne comagnetometers.</p>
<p>In this study, the low-frequency bias magnetic field sensitivity (LFBMS) model of SERFC is modified, and the influence of magnetic field gradients on the low-frequency magnetic error is considered. The research shows that the magnetic field gradient affects the LFBMS of the system by reducing the atomic decoherence time. An effective method to suppress the low-frequency magnetic field error based on the modified bias magnetic field sensitivity model is proposed. The SERFC prototype of K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne is used to verify our theory and method. This paper contributes to further studies on the magnetic field gradient-based compensation of the K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer to suppress magnetic field errors, thus increasing the atomic decoherence time to eventually improve the long-term stability of the SERFC.</p>
</sec>
<sec sec-type="methods" id="s2">
<title>2 Methodology</title>
<p>The Bloch equations of the K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer can be expressed as follows:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m4">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <bold>P</bold>
<sup>
<italic>e</italic>
</sup> and <bold>P</bold>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup> are the Rb spin polarization vector and <sup>21</sup>Ne spin polarization vector, respectively; <bold>&#x3a9;</bold> is the inertial rotation vector; <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>e</italic>
</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic> &#xd7; 28&#xa0;Hz/nT and <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic> &#xd7; 0.00336&#xa0;Hz/nT are the gyromagnetic ratios of the electron spin and nuclear spin, respectively; <italic>Q</italic> is the deceleration factor of the nucleon, which is related to the longitudinal polarizability of the electron [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]; <bold>B</bold> is the ambient magnetic field vector; <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m5">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m6">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ne</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are the spin exchange rates of the nuclear and the electron with each other; <bold>L</bold> is the light shift (AC-Stark shift) field arising from the pump and probe lasers; <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m7">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the total relaxation rate for electrons, defined as <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m8">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sd</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m9">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sd</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the electron spin-destruction rate, and <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sd</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the nuclear spin-destruction rate, <italic>R</italic>
<sub>p</sub> is pumping rate, <italic>R</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> is the pumping rate from the probe laser; and <italic>M</italic>
<sup>
<italic>e</italic>
</sup> and <italic>M</italic>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup> are the magnetizations of electron spin and nuclear spin, respectively. Finally, we define the vector <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m12">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m13">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are the longitudinal relaxation rate and the transverse relaxation rate of the nuclear spin, respectively; <bold>B</bold>
<sup>
<italic>e</italic>
</sup> &#x3d; <italic>&#x3bb;M</italic>
<sup>
<italic>e</italic>
</sup>
<bold>P</bold>
<sup>
<italic>e</italic>
</sup> and <bold>B</bold>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup> &#x3d; <italic>&#x3bb;M</italic>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup>
<bold>P</bold>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup> are the magnetic fields produced by electron spin and nuclear spin, respectively.</p>
<p>The SERFC can be linearized into the following equation of state:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where the state vector <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m15">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is composed of electron polarization transverse components <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m16">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and nuclear polarization transverse components <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m18">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m20">
<mml:mi mathvariant="bold">U</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is the input vector; &#x3a9;<sub>
<italic>x</italic>
</sub> and &#x3a9;<sub>
<italic>y</italic>
</sub> are the transverse angular rate inputs; and <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> and <italic>B</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> are the transverse magnetic field inputs. The matrix <bold>A</bold> can be written as<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m21">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ne</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ne</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>The matrix <bold>W</bold> can be written as<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m22">
<mml:mi mathvariant="bold">W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m23">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m24">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>The intermediate equations in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">(5)</xref> and Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">(6)</xref> are<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m25">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m26">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m27">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>The transfer function of the SERFC in the Laplace domain is<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m28">
<mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">N</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <bold>I</bold> is the identity matrix of 4 &#xd7; 4. The molecular matrix <italic>&#x3c8;</italic>(<italic>s</italic>) of the transfer function is simply expressed here as<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m29">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>14</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>23</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>34</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>41</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>42</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>43</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>44</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>The denominator of the transfer function is as follows:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m30">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>The transfer function expressions for output <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m31">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and input [&#x3a9;<sub>
<italic>x</italic>
</sub>, &#x3a9;<sub>
<italic>y</italic>
</sub>, <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub>, <italic>B</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>] are as follows:<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m32">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>14</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>Next, the effect of the magnetic field gradient on <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m33">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, resulting in the change of the system output, is analyzed.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Responses in steady-state and frequency</title>
<sec id="s2-1-1">
<title>2.1.1 Steady-state response</title>
<p>Setting <italic>s</italic> &#x3d; 0 in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> would result in the steady-state input and output solutions for the system.<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m34">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <italic>K</italic>
<sub>&#x3a9;<italic>x</italic>
</sub>, <italic>K</italic>
<sub>&#x3a9;<italic>y</italic>
</sub>, <italic>K</italic>
<sub>
<italic>Bx</italic>
</sub>, and <italic>K</italic>
<sub>
<italic>By</italic>
</sub> are the scale factors. The principle of steady-state response of a gyroscope to <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> and <italic>B</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. By compensating the magnetic compensation point to zero and considering only the input angular velocity in the <italic>y</italic>-axis direction, the main component term representing the gyroscope response can be determined as<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m35">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>From Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>, since the values of <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m36">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m37">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m38">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> cannot be ignored, the input of the system to the transverse magnetic field <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> is affected by these terms. Therefore, the magnetic field error must be suppressed in order to increase the accuracy of inertial measurements, and a method using amplitude frequency response analysis is next proposed to suppress the <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> magnetic field error.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Steady-state response of <italic>B</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>. <bold>(B)</bold> Steady-state response of <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-1-2">
<title>2.1.2 Frequency response</title>
<p>The amplitude frequency response of <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> is composed of one proportional link, two second-order oscillation links, and two first-order differential links, and the following equation can be used to define the conversion relationship between <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m39">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m40">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>The two zeros are<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m41">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m42">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
<inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m43">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is the coefficient in the proportional link. Frequency <italic>&#x3c9;</italic> and amplitude <italic>A</italic> of the low-frequency platform section can be expressed as<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m44">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m45">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>The response of <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> with respect to the AC magnetic field signal of frequency <italic>&#x3c9;</italic> is expressed as<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m46">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m47">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m48">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Magnetic field gradient effects on <italic>A</italic>
<sub>
<italic>MFER</italic>
</sub>
</title>
<p>In this study, the SERFC pump laser direction is strictly aligned with the <italic>z</italic>-axis main magnetic field direction, the detection laser direction is consistent with the <italic>x</italic>-axis magnetic field compensation direction and is orthogonal to the pump laser direction, and the inertial sensitive axis is the <italic>y</italic>-axis. In Liu et al. (2022c); Fan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], the influence of the <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> magnetic field error on the system is analyzed using the magnetic field equivalent velocity sensitivity <italic>A</italic>
<sub>
<italic>MFVS</italic>
</sub>. Based on the previous research, we carried out a more complete derivation and concluded that the expression of the low-frequency bias magnetic field sensitivity (LFBMS) (the low-frequency band studied in SERFC is the spectrum below 10<sup>&#x2212;3</sup>&#xa0;Hz) <italic>A</italic>
<sub>
<italic>MFVS</italic>
</sub> can be expressed as<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m49">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>e</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>e</italic>
</sub>
<bold>B</bold>
<sup>
<italic>e</italic>
</sup>/<italic>Q</italic> and <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
<bold>B</bold>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup>. The representative measurement parameters in the experiment are shown in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>. Since <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m50">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is 2&#x2013;3 orders of magnitude larger than <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m51">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">22</xref> can be simplified as<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m52">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>Obviously, <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m53">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m54">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m55">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m56">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> play an important role in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">22</xref>. In addition, if we ignore <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m57">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> by considering the magnitude of <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m58">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> over <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m59">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">22</xref>, the conclusion of the model is the same as in [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], thus proving the correctness of the aforementioned derivation. In the SERFC with the atomic source as K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne, the influence term of the transverse decoherence time of <sup>21</sup>Ne can be expressed as [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m60">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>quad&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sd</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>MG</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m61">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>quad&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sd</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>MG</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m62">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>quad&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>is the relaxation of electric quadrupole moment; <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m63">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sd</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the relaxation of spin destruction; <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m64">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the spin exchange rate of <sup>21</sup>Ne spin polarized by alkali-metal electrons through spin exchange collision; and <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m65">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>MG</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the relaxation term affected by the inhomogeneity of the magnetic field distribution, and its relationship items are as follows [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]:<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m66">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>MG</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Volume&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>175</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Ne</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m67">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>MG</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Vollame&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Ne</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>where <italic>R</italic> is the radius of the vapor cell; <italic>D</italic>
<sub>Ne&#x2212;Ne</sub> is the diffusion constant of <sup>21</sup>Ne in the atomic cell; <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m68">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> represent the first-order transverse magnetic field gradient along the <italic>x</italic>-axis and <italic>y</italic>-axis, respectively; and <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> represents the first-order longitudinal magnetic field gradient along the <italic>z</italic>-axis [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Magnetic field gradient caused by pump optical power density and temperature</title>
<p>On the one hand, the pump light power density affects the magnetic field gradient. From Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref>, it is shown that for the decay of the pump rate with the propagation distance <italic>z</italic>, the D1 line pump light of K atoms propagates in the vapor cell. The strong absorption of pump light by dense alkali-metal atoms in the atomic vapor cell leads to a significant electron spin polarization gradient.<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m85">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>rel</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>rel</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>rel</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>where <italic>R</italic>
<sub>rel</sub> is the relaxation rate of the electron spin of the K atom except for the pumping rate; <italic>R</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>(0) is the initial pump rate when the pump light is incident into the vapor cell; <italic>&#x3c1;</italic> is the distance from the center of the spot; <italic>r</italic> is the radius of the spot; W is the Lambert-W function; <italic>n</italic>
<sub>
<italic>K</italic>
</sub> is the K-atomic density; and <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>(<italic>v</italic>) is the absorption cross-sectional area of the K-atomic absorption pump light.</p>
<p>The expression for the decay of the alkali-metal polarizability with propagation distance <italic>z</italic> is<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m86">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>rel</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m87">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the equivalent spin exchange rate between the mixed alkali-metal atom and <sup>21</sup>Ne atom. The equivalent magnetic field expressions of electron spin and nuclear spin in the atomic polarization state are as follows [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]:<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m88">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>where <italic>k</italic>
<sub>0</sub> is the Fermi-contact-shift enhancement factor; <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub> is the permeability of vacuum; <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>
<italic>B</italic>
</sub> is the Bohr magneton; and <italic>n</italic>
<sub>
<italic>e</italic>
</sub> and <italic>n</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> are the densities of alkali-metal atoms and noble gas, respectively. The distribution simulation of electron and nucleon polarizability under different pump light power densities is shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. Increasing the pump light power density can produce a uniform and saturated spin polarization, but too high pump light power density will reduce the sensitivity of SERFC, so the pump light power density value needs to be set at the corresponding specific polarization rate value [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>].</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Electron and nucleon polarizability distributions at different pump power densities. <bold>(A)</bold> 84.92&#xa0;mW/cm<sup>2</sup>; <bold>(B)</bold> 127.39&#xa0;mW/cm<sup>2</sup>; and <bold>(C)</bold> 205.34&#xa0;mW/cm<sup>2</sup>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g002.tif"/>
</fig>
<p>On the other hand, the temperature also affects the magnetic field gradient. The empirical formula of alkali-metal atom density <italic>n</italic> and temperature of alkali-metal is [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>]<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m89">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21.866</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>where <italic>n</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub> and <italic>n</italic>
<sub>
<italic>B</italic>
</sub> are constants related to the type of alkali-metal atom and <italic>T</italic> is the temperature of the steam cell expressed on the thermodynamic temperature scale. The expression of <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m90">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is as follows:<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m91">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Rb</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Rb</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m92">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Rb</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m93">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are the spin exchange rate constants between Rb &#x2212;<sup>21</sup>Ne and K &#x2212;<sup>21</sup>Ne atom pairs, respectively.<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m94">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>sd</italic>
</sub> is the collision cross-sectional area; <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the relative thermal movement speed, and the influence of the vapor cell temperature on the relative thermal movement speed is ignored because the amplitude of its change with temperature is small [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]; and <italic>n</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> represents the number density of atoms or molecules colliding with alkali-metal atoms. The distribution simulations of electron polarizability and nuclear polarizability at different temperatures are shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. It can be seen that both <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m96">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>R</italic>
<sub>
<italic>sd</italic>
</sub> are temperature-dependent, thus affecting the <italic>A</italic>
<sub>
<italic>MFVS</italic>
</sub>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Electron and nucleon polarizability distributions at different temperatures. <bold>(A)</bold> 170&#xb0;C; <bold>(B)</bold> 190&#xb0;C; and <bold>(C)</bold> 210&#xb0;C.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g003.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Experimental setup</title>
<p>The schematic diagram of the SERFC based on K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne is shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. A spherical vapor cell with a diameter <italic>R</italic> of 8&#xa0;mm made of GE180 aluminosilicate glass was placed in a boron nitride ceramic oven. The vapor cell contained 2 amagats of <sup>21</sup>Ne (70% isotope-enriched) gas, a natural abundance K and Rb alkali-metal mixture with a density ratio of 1: 94, and 50 torrs of N<sub>2</sub>. Three layers of <italic>&#x3bc;</italic>-metal magnetic shielding cylinder with high permeability are used to shield the external magnetic field, and the innermost layer is MnZn ferrite magnetic shielding cylinder to suppress low-frequency magnetic errors [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. The pump light is generated by a distributed Bragg reflector (DBR) laser with a center frequency of 770.108&#xa0;nm (K D1 resonant line), a quarter wave plate in the pump path converts a linearly polarized state to a circularly polarized state, and a pair of planoconvex lenses is used to expand the beam of pump light. The probe beam is generated by a distributed feedback (DFB) laser with a center frequency of 795.311&#xa0;nm (approximately 0.3&#xa0;nm to the blue side of the Rb D1 resonance line), and the Glan&#x2013;Taylor polarizer (GT-5, Thorlabs) can purify the laser to a better linearly polarized laser. The power stability control system of the pump laser and laser consists of a polarizing beam splitter (PBS), liquid crystal variable retarder (LCVR), Glan&#x2013;Taylor polarizer, half-wave plate, photodetector (PD), and electronic controller.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Schematic of the K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer. BE, beam expander; P, linear polarizer; LCVR, liquid crystal variable retarder; GT, Glan&#x2013;Taylor polarizer; PD, photodiode; PBS, polarizing beam splitter; ECU, electronic control unit; WP, Wollaston prism; BP, balanced photodiode; <italic>&#x3bb;</italic>/2, half-wave plate; <italic>&#x3bb;</italic>/4, quarter-wave plate.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g004.tif"/>
</fig>
<p>The three-axis magnetic compensation coils and gradient magnetic coils are used to compensate the residual magnetic field and generate the magnetic field gradient, respectively. According to the magnetic flux continuity principle &#x2207; &#x22c5; <italic>B</italic> &#x3d; 0, it shows that the magnetic field is a passive field, the magnetic line of force is always a closed curve, and the divergence calculation formula is<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m97">
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>so the <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m98">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> coil can also generate magnetic field gradients along the <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m99">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m100">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> directions, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref>, the magnetic field gradient coil constants corresponding to the three-axis directions obtained through finite element simulation. In this paper, the designed coil parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>. First, according to the size of the atomic vapor cell (the outer diameter <italic>R</italic> is 8&#xa0;mm), the coil radius is chosen to be 24.9&#xa0;mm so that the magnetic field uniformity zone is greater than 0.25&#xa0;<italic>R</italic>. The coil is designed using the forward method: the transverse magnetic field coils <italic>Bx</italic> and <italic>By</italic> adopt the saddle coil configuration, and the Maxwell coil generates magnetic fields of <italic>Bz</italic> and <italic>dBz</italic>/<italic>dz</italic> by changing the current spin direction, respectively. Afterward, the magnetic field magnitude can be calculated according to the Biot&#x2013;Savart law. Finally, the homogeneous field coils and gradient coils are fabricated by the flexible printed circuit (FPC) technique, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5C</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5D</xref>, respectively. After the FPC coil is fixed on the coil skeleton, the coil is mounted on the SERFC in the position shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Overall model of finite element simulation. <bold>(B)</bold> Triaxial magnetic field coil constant. <bold>(C)</bold> <italic>Bx</italic>, <italic>By</italic>, and <italic>Bz</italic> three-in-one uniform magnetic field coil. <bold>(D)</bold> <italic>dBz</italic>/<italic>dz</italic> magnetic field gradient coil.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g005.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Design parameters of the magnetic field coil.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Coil type\</th>
<th align="center">Coil radius (mm)</th>
<th align="center">Resistance (&#x3a9;)</th>
<th align="center">Coil constant</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">
<italic>Bx</italic>
</td>
<td align="center">24.90</td>
<td align="center">14.90</td>
<td align="center">138.55(<italic>nT</italic>/<italic>mA</italic>)</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<italic>By</italic>
</td>
<td align="center">25.00</td>
<td align="center">15.10</td>
<td align="center">138.41(<italic>nT</italic>/<italic>mA</italic>)</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<italic>Bz</italic>
</td>
<td align="center">25.10</td>
<td align="center">9.30</td>
<td align="center">162.50(<italic>nT</italic>/<italic>mA</italic>)</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<italic>dBz</italic>/<italic>dz</italic>
</td>
<td align="center">25.20</td>
<td align="center">6.90</td>
<td align="center">7.69(<italic>nT</italic>/<italic>mm</italic>/<italic>mA</italic>)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Summary of the measured parameters.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Variable</th>
<th align="center">Definition</th>
<th align="center">Value</th>
<th align="center">Unit</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m72">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Polarization rate of electron spins</td>
<td align="left">6.61 &#xd7; 10<sup>&#x2212;1</sup>
</td>
<td align="left">&#x2212;&#xa0;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m73">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Polarization rate of nucleon spins</td>
<td align="left">4.79 &#xd7; 10<sup>&#x2212;2</sup>
</td>
<td align="left">&#x2212;&#xa0;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m74">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Transverse relaxation rate of electron spins</td>
<td align="left">1.38 &#xd7; 10<sup>&#x2212;3</sup>
</td>
<td align="left">s<sup>&#x2212;1</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m75">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Longitudinal relaxation rate of nuclear spins</td>
<td align="left">1.99 &#xd7; 10<sup>&#x2212;4</sup>
</td>
<td align="left">s<sup>&#x2212;1</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m76">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Transverse relaxation rate of nuclear spins</td>
<td align="left">7.34 &#xd7; 10<sup>&#x2212;3</sup>
</td>
<td align="left">s<sup>&#x2212;1</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m77">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Spin exchange rate of electron spins</td>
<td align="left">5.90</td>
<td align="left">s<sup>&#x2212;1</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m78">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Spin exchange rate of nuclear spins</td>
<td align="left">7.01 &#xd7; 10<sup>&#x2212;5</sup>
</td>
<td align="left">s<sup>&#x2212;1</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m79">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Magnetic field from electron spins</td>
<td align="left">&#x2212;4.77 &#xd7; 10<sup>&#x2212;8</sup>
</td>
<td align="left">
<italic>T</italic>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m80">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Magnetic field from nuclear spins</td>
<td align="left">&#x2212;1.48 &#xd7; 10<sup>&#x2212;7</sup>
</td>
<td align="left">
<italic>T</italic>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m81">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Molecular term 1 of <italic>A</italic>
<sub>
<italic>MFVS</italic>
</sub>
</td>
<td align="left">9.01 &#xd7; 10<sup>9</sup>
</td>
<td align="left">&#x2212;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m82">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Molecular term 2 of <italic>A</italic>
<sub>
<italic>MFVS</italic>
</sub>
</td>
<td align="left">1.56 &#xd7; 10<sup>7</sup>
</td>
<td align="left">&#x2212;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m83">
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Molecular term 3 of <italic>A</italic>
<sub>
<italic>MFVS</italic>
</sub>
</td>
<td align="left">&#x2212;6.16 &#xd7; 10<sup>1</sup>
</td>
<td align="left">&#x2212;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m84">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tot&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Molecular term 4 of <italic>A</italic>
<sub>
<italic>MFVS</italic>
</sub>
</td>
<td align="left">&#x2212;4.30 &#xd7; 10<sup>3</sup>
</td>
<td align="left">&#x2212;</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec sec-type="results|discussion" id="s4">
<title>4 Results and discussion</title>
<p>In this experiment, the spin coupling between electron spin and nuclear spin is decoupled by applying a magnetic field of approximately 1,500&#xa0;nT, but it does not affect the measurement and fitting of free induction decay (FID) signals [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>, the relaxation times are obtained by measuring the output of the system at different times and fitting the relationship between the pump time and the precession signal.After measuring <italic>T</italic>
<sub>1</sub> and <italic>T</italic>
<sub>2</sub> at different magnetic field gradients by the aforementioned method, Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e25">25</xref> are verified by fitting the relationship between the relaxation rate of <sup>21</sup>Ne and the magnetic field gradient. According to Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref>, it can be seen that <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m101">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is mainly affected by the longitudinal magnetic field gradient and temperature, while <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m102">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is mainly affected by the transverse magnetic field gradient. <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> shows the relationship between the experimental transverse and longitudinal relaxation rates of <sup>21</sup>Ne with different magnetic field gradients under different temperature conditions. Therefore, the inhomogeneity of the total magnetic field distribution of the system can be compensated by applying an appropriate magnetic field gradient, that is, the gradient value corresponding to the lowest point of the quadratic fitting parabola or the minimum value of the <sup>21</sup>Ne relaxation rate.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Longitudinal relaxation time of nucleon spin. <bold>(B)</bold> Transverse relaxation time of nucleon spin.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Measured at different temperatures: <bold>(A)</bold> relationship between <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m103">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and longitudinal magnetic field gradient and <bold>(B)</bold> relationship between <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m104">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and transverse magnetic field gradient.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g007.tif"/>
</fig>
<p>The frequency response of the K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer was obtained by applying 0.5542 nTpp sine waves with a frequency range of 0.01&#x2013;600&#xa0;Hz along the <italic>x</italic>-axis, and the results were fitted with Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref>. It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8A</xref> that both the electronic and nuclear resonance peaks shift to the right with the increase in the vapor cell temperature, indicating that the electron spin polarizability and the nuclear spin polarizability are proportional to the vapor cell temperature. However, according to Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">31</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e33">33</xref>, the LFBMS can be suppressed in two ways: one is by reducing the temperature of the vapor cell to reduce the atomic density <italic>n</italic>
<sub>
<italic>K</italic>
</sub> (in order to improve the polarization of <sup>21</sup>Ne and reduce the polarization magnetic field gradient, a hybrid pumping technique is adopted. The density ratio of K and Rb atoms determines the uniformity of polarization, so it is necessary to choose an appropriate atomic density ratio to make SERFC work in the optimal state), and finally <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m105">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>se</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>en</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is reduced. The other is by reducing <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> determined by temperature, and finally <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m107">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is reduced affected by <italic>R</italic>
<sub>
<italic>sd</italic>
</sub>. The relaxation caused by other temperature-related factors (such as <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m108">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>quad&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m109">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sd</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>) are smaller than that caused by the magnetic field gradient when the vapor cell temperature is low, so the LFBMS is mainly determined by the variation in <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m110">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>MG</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. The Allan deviation analysis method is introduced to evaluate the influence of the low-frequency magnetic field error on the long-term stability. After the SERFC system is stabilized, the output signals for 2&#xa0;h are collected under different vapor cell temperatures, and then the Allen deviation diagram is drawn in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8B</xref>. The bias instability improves with the vapor cell temperature, and a bias instability of 0.012 deg/h is achieved at 170&#xb0;C. In addition, the suppression factor is defined as the ratio of the scale factor to the amplitude of the magnetic response [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], which is used to characterize the influence on the suppression of low-frequency magnetic field errors. It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8C</xref> that the suppression factor decreases with the increase in temperature, indicating that the magnetic field error suppression capability decreases with the increase in temperature.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Amplitude&#x2013;frequency response <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> at different cell temperatures. <bold>(B)</bold> Corresponding Allan deviation at different cell temperatures. <bold>(C)</bold> Suppression factor and bias instability.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g008.tif"/>
</fig>
<p>According to Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e30">30</xref>, increasing the pump light power density can produce a uniform and saturated spin polarization magnetic field gradient. It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9A</xref> that LFBMS is suppressed with the increase in pump light power density, and the experimental results show that the LFBMS can be suppressed by increasing the pump light power density to improve <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m111">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m112">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. However, when the pump power density increases to a certain value, the LFBMS will also increase. It is speculated that the reason for the increase in LFBMS is that the absorption rate of K atoms is oversaturated when the power density of the pump light increases to a certain extent. With the increase in pump light power density, the frequency <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>e</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>e</italic>
</sub>
<bold>B</bold>
<sup>
<italic>e</italic>
</sup>/<italic>Q</italic> corresponding to the electron resonance peak shifts to the right, proving the increase in electron spin polarizability. However, the frequency <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
<bold>B</bold>
<sup>
<italic>n</italic>
</sup> corresponding to the nucleon resonance peak does not shift significantly to the right, which may be caused by the low nucleon spin polarizability. From the Allan deviation analysis at different pump light power densities in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9B</xref>, the bias instability is reduced to 0.011 deg/h by suppressing the system response to <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> at low frequencies. <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9C</xref> shows the relationship between low-frequency magnetic field suppression factor and bias instability at different pump light power densities. This further proves that the bias instability is enhanced due to the suppression of the magnetic field suppression factor.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Amplitude&#x2013;frequency response <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> at different pump laser power densities. <bold>(B)</bold> Corresponding Allan deviation at different pump laser power densities. <bold>(C)</bold> Suppression factor and bias instability.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g009.tif"/>
</fig>
<p>In addition, the magnetic field gradient is applied to reduce LFBMS by changing the influence of <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m113">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> on the low-frequency magnetic field error. <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10A</xref> shows the comparison results of the fitting curves of the <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> amplitude&#x2013;frequency response under different longitudinal magnetic field gradients. It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10A</xref> that the measured low-frequency magnetic field error is the smallest when the magnetic field gradient is set to &#x2212;10&#xa0;nT/cm, and the bias instability measured in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10B</xref> is 0.021 deg/h. Therefore, it can be stated that low-frequency magnetic field errors can also be suppressed by actively applying magnetic field gradients. Similarly, it can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10C</xref> that the bias instability is improved by suppressing the magnetic field inhibitory factor <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub>. However, the bias instability is not completely improved because the applied longitudinal magnetic field gradient d<italic>B</italic>z/dz increases the transverse relaxation rate but affects the longitudinal relaxation rate. Subsequent research can compensate for the low-frequency magnetic field error by designing a three-axis magnetic field gradient coil.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Amplitude&#x2013;frequency response <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> at different magnetic field gradients. <bold>(B)</bold> Corresponding Allan deviation at different magnetic field gradients. <bold>(C)</bold> Suppression factor and bias instability.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1201365-g010.tif"/>
</fig>
<p>The K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer sensitivity to <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> in our research conclusions is comparable to the magnetic field suppression factor of the K&#x2013;<sup>3</sup>He comagnetometer reported by [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] believes that increasing the electronic magnetic field can suppress the magnetic noise and reduce the magnetic field suppression factor, which is similar to the conclusion of increasing the pump light power density in this study. In Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>], the magnetic field gradient leads to atomic decoherence of the K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer, which is complementary to the conclusion in this study that low-frequency magnetic field errors are suppressed by active magnetic field gradient compensation.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>In conclusion, this paper analyzes the influence of magnetic field gradients on the steady-state response and frequency response of the K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer. The bias magnetic field sensitivity model of SERFC is modified, and the influence of magnetic field gradients on low-frequency magnetic errors is considered. We experimentally verify that the magnetic field gradient of the K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer can be measured <italic>in situ</italic> through the relationship between the relaxation rate and magnetic field gradient. In addition, the LFBMS can be suppressed by optimizing the vapor cell temperature and the pump light power density and using the magnetic field gradient coil to actively compensate for the magnetic field gradient, and it is verified that the magnetic error suppression method proposed in this paper can reduce the LFBMS of SERFC. After the vapor cell temperature is optimized from 170&#xb0;C to 190&#xb0;C, the suppression factor and bias instability are optimized by 72.19% and 55.41%, respectively. After the pump power density is optimized from 85&#xa0;mW/cm<sup>2</sup> to 149&#xa0;mW/cm<sup>2</sup>, the suppression factor and bias instability are optimized by 20.24% and 20.84%, respectively. After the magnetic field gradient is compensated from &#x2212;10&#xa0;nT/cm to 0&#xa0;nT/cm, the suppression factor and bias instability are optimized by 69.86% and 27.63%, respectively. This work provides an experimental and theoretical basis for measuring the magnetic field gradient of the K&#x2013;Rb&#x2013;<sup>21</sup>Ne comagnetometer and suppressing the low-frequency magnetic field error.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusion of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>Methodology: ZWu, FL, ZWa, WQ, and WF; formal analysis: ZWu and FL; investigation: ZWu and HP; data curation: ZWu and HP; validation: ZWu and HP; writing&#x2014;original draft preparation: ZWu. All authors contributed to the article and approved the submitted version.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work was supported in part by the Key Area Research and Development Program of Guangdong Province (Grant No. 2021B0101410005), in part by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos 61673041 and 62103026), and by the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2022M720362).</p>
</sec>
<ack>
<p>This is a short text to acknowledge the contributions of specific colleagues, institutions, or agencies that aided the efforts of the authors.</p>
</ack>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schmidt</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heil</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Allmendinger</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Comment on new limit on lorentz-invariance- and cpt-violating neutron spin interactions using a free-spin-precession <sup>3</sup>He-<sup>129</sup>Xe comagnetometer reply</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2014</year>) <volume>112</volume>.</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bear</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stoner</surname>
<given-names>RE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Walsworth</surname>
<given-names>RL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kostelecky</surname>
<given-names>VA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lane</surname>
<given-names>CD</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Limit on lorentz and cpt violation of the neutron using a two-species noble-gas maser</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2000</year>) <volume>85</volume>:<fpage>5038</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.85.5038</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vasilakis</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brown</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kornack</surname>
<given-names>TW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Romalis</surname>
<given-names>MV</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Limits on new long range nuclear spin-dependent forces set with a k-3 he comagnetometer</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2009</year>) <volume>103</volume>:<fpage>261801</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.103.261801</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hunter</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gordon</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peck</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>JF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Using the Earth as a polarized electron source to search for long-range spin-spin interactions</article-title>. <source>Science</source> (<year>2013</year>) <volume>339</volume>:<fpage>928</fpage>&#x2013;<lpage>32</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1227460</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kornack</surname>
<given-names>TW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ghosh</surname>
<given-names>RK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Romalis</surname>
<given-names>MV</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Nuclear spin gyroscope based on an atomic co-magnetometer</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2005</year>) <volume>95</volume>:<fpage>230801</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.95.230801</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhai</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Atomic spin polarization controllability analysis: A novel controllability determination method for spin-exchange relaxation-free co-magnetometers</article-title>. <source>IEEE/CAA J Automatica Sinica</source> (<year>2022</year>) <volume>9</volume>:<fpage>699</fpage>&#x2013;<lpage>708</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jas.2021.1004383</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>JC</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Inertial rotation measurement with atomic spins: From angular momentum conservation to quantum phase theory</article-title>. <source>Appl Phys Rev</source> (<year>2016</year>) <volume>3</volume>:<fpage>041305</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4972187</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dang</surname>
<given-names>HB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maloof</surname>
<given-names>AC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Romalis</surname>
<given-names>MV</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Ultra-high sensitivity magnetic field and magnetization measurements with an atomic magnetometer</article-title>. <source>Appl Phys Lett</source> (<year>2010</year>) <volume>97</volume>:<fpage>151110</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3491215</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>SK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Romalis</surname>
<given-names>MV</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Calculation of magnetic field noise from high-permeability magnetic shields and conducting objects with simple geometry</article-title>. <source>J Appl Phys</source> (<year>2008</year>) <volume>103</volume>:<fpage>084904</fpage>&#x2013;<lpage>190</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.2885711</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Clem</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Johnson noise from normal metal near a superconducting squid gradiometer circuit</article-title>. <source>IEEE Trans Magnetics</source> (<year>1987</year>) <volume>23</volume>:<fpage>1093</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tmag.1987.1065127</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Suppression of the bias error induced by magnetic noise in a spin-exchange relaxation-free gyroscope</article-title>. <source>IEEE Sensors J</source> (<year>2019</year>) <volume>19</volume>:<fpage>9712</fpage>&#x2013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jsen.2019.2929505</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pei</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Suppression of low-frequency magnetic drift based on magnetic field sensitivity in K-Rb-21Ne atomic spin comagnetometer</article-title>. <source>IEEE Trans Instrumentation Meas</source> (<year>2022</year>) <volume>71</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tim.2022.3169541</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Influence of magnetic fields on the bias stability of atomic gyroscope operated in spin-exchange relaxation-free regime</article-title>. <source>Sensors Actuators A Phys</source> (<year>2017</year>) <volume>266</volume>:<fpage>130</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.sna.2017.09.023</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Investigation on magnetic field response of a 87rb-129xe atomic spin comagnetometer</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2020</year>) <volume>28</volume>:<fpage>32033</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.404809</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The method for measuring the non-orthogonal angle of the magnetic field coils of a K-Rb-21Ne co-magnetometer</article-title>. <source>IEEE Access</source> (<year>2019</year>) <volume>7</volume>:<fpage>63892</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/access.2019.2916160</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Performance of low-noise ferrite shield in a K-Rb-21Ne co-magnetometer</article-title>. <source>IEEE Sensors J</source> (<year>2020</year>) <volume>20</volume>:<fpage>2543</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jsen.2019.2952121</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Parameter modeling analysis of a cylindrical ferrite magnetic shield to reduce magnetic noise</article-title>. <source>IEEE Trans Ind Elect</source> (<year>2022</year>) <volume>69</volume>:<fpage>991</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tie.2021.3050351</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhai</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Analysis of effects of magnetic field gradient on atomic spin polarization and relaxation in optically pumped atomic magnetometers</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2022</year>) <volume>30</volume>:<fpage>3926</fpage>&#x2013;<lpage>40</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.447041</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Transverse light-shift in a spin-exchange relaxation-free co-magnetometer: Measurement, decoupling, and suppression</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2022</year>) <volume>30</volume>:<fpage>15310</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.456937</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duan</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Analysis and suppression of the polarization error for the optical rotation detection system in an atomic comagnetometer</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2020</year>) <volume>28</volume>:<fpage>35748</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.406073</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cates</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>White</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chien</surname>
<given-names>T-R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schaefer</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Happer</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Spin relaxation in gases due to inhomogeneous static and oscillating magnetic fields</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>1988</year>) <volume>38</volume>:<fpage>5092</fpage>&#x2013;<lpage>106</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.38.5092</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>McGregor</surname>
<given-names>DD</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Transverse relaxation of spin-polarized he 3 gas due to a magnetic field gradient</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>1990</year>) <volume>41</volume>:<fpage>2631</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.41.2631</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruan</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Suppression of nonuniform magnetic fields in magnetic shielding system for serf co-magnetometer</article-title>. <source>IEEE Trans Instrumentation Meas</source> (<year>2022</year>) <volume>71</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tim.2022.3178738</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A highly sensitive <italic>in situ</italic> magnetic field fluctuation measurement method based on nuclear-spin depolarization in an atomic comagnetometer</article-title>. <source>IEEE Trans Instrumentation Meas</source> (<year>2022</year>) <volume>71</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tim.2022.3166169</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qu</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Transverse spin relaxation and diffusion-constant measurements of spin-polarized 129xe nuclei in the presence of a magnetic field gradient</article-title>. <source>Scientific Rep</source> (<year>2016</year>) <volume>6</volume>:<fpage>24122</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep24122</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yao</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Determination of spin polarization in spin-exchange relaxation-free atomic magnetometer using transient response</article-title>. <source>IEEE Trans Instrumentation Meas</source> (<year>2020</year>) <volume>69</volume>:<fpage>845</fpage>&#x2013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tim.2019.2905308</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhan</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Improved compensation and measurement of the magnetic gradients in an atomic vapor cell</article-title>. <source>AIP Adv</source> (<year>2020</year>) <volume>10</volume>:<fpage>045002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5127032</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>
<italic>In-situ</italic> evaluation of low-frequency magnetic field fluctuation in an atomic comagnetometer</article-title>. <source>IEEE Sensors J</source> (<year>2021</year>) <volume>21</volume>:<fpage>22846</fpage>&#x2013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jsen.2021.3106899</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="thesis">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vasilakis</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Precision measurements of spin interactions with high density atomic vapors</article-title>. <publisher-loc>Princeton, NJ, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Princeton Univ.</publisher-name> (<year>2011</year>). <comment>Ph.D. thesis</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Simultaneous determination of the spin polarizations of noble-gas and alkali-metal atoms based on the dynamics of the spin ensembles</article-title>. <source>Phys Rev Appl</source> (<year>2020</year>) <volume>13</volume>:<fpage>044027</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevapplied.13.044027</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liwei</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yixiang</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duan</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Effects of pump laser power density on the hybrid optically pumped comagnetometer for rotation sensing</article-title>. <source>Opt express</source> (<year>2019</year>) <volume>27</volume>:<fpage>27420</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/OE.27.027420</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alcock</surname>
<given-names>CB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Itkin</surname>
<given-names>VP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horrigan</surname>
<given-names>MK</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Vapour pressure equations for the metallic elements: 298&#x2013;2500K</article-title>. <source>Can Metallurgical Q</source> (<year>1984</year>) <volume>23</volume>:<fpage>309</fpage>&#x2013;<lpage>13</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1179/cmq.1984.23.3.309</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duan</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Suppression of the bias error induced by vapor cell temperature in a spin-exchange relaxation-free gyroscope</article-title>. <source>IEEE Sensors J</source> (<year>2022</year>) <volume>22</volume>:<fpage>1990</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jsen.2021.3138831</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cates</surname>
<given-names>GD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schaefer</surname>
<given-names>SR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Happer</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Relaxation of spins due to field inhomogeneities in gaseous samples at low magnetic fields and low pressures</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>1988</year>) <volume>37</volume>:<fpage>2877</fpage>&#x2013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.37.2877</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>