本发明公开了一种基于相位矢量化偏振模式调控的磁场测量装置，包括相位矢量化偏振光调控模块和碱金属原子气室、相位矢量化偏振光调控模块发射光束，并经过相位矢量化偏振模式调控方法产生包含圆偏振模式和线偏振模式且两种模式可分离的混合偏振矢量涡旋光束，其中，圆偏振模式光束使碱金属原子气室内的碱金属原子进行泵浦使原子极化；线偏振模式光束用于提供光强信号，数据采集模块接收光强信号并转化为电信号后，通过数据处理，实现磁场探测，本发明基于相位矢量化偏振模式调控方法产生包含圆偏振模式和线偏振模式且两种模式可分离的混合偏振矢量涡旋光束，可实现在结构简单的光路下完成光束泵浦与检测两部分工作。