本发明公开了一种基于电子共振相频分析测量原子横向弛豫时间的方法。在足以忽略磁屏蔽桶内剩磁的强背景磁场下，在横向方向施加一个带宽覆盖共振曲线、幅值使磁共振曲线在低极化率下有清晰曲线的扫频信号，通过检测磁强计的光旋角信号，将输出信号在极坐标系下进行频谱分析，可以得到磁强计的相频响应函数，将其拟合到磁强计响应的相频理论曲线得到原子自旋横向弛豫时间。因为相角是自旋横向分量作商的结果，抑制了共同系数波动的影响，所以相频信号比幅频信号的表现更加稳定。此外相频理论曲线不受横向磁场磁感应强度和原子自旋纵向弛豫时间的影响，减小了处理数据的复杂度，而且可以规避横向磁场引发的洛伦茨曲线“展宽”的风险。