Стабилизатор интенсивности светового потока

 

Изобретение относится к оптике, в частности к устройствам для стабилизации интенсивности световых потоков . Цель - повышение стабильности интенсивности светового потока задан- . ной длинЬ волны. В устройство для стабилизации интенсивности светового потока, использующее в качестве светочувствительного элемента спиновый генератор, выход которого соединен с системой управления интенсивностью света, вводят линию задержки, нелинейный элемент и систему стабилизации магнитного рабочего поля спинового генератора, состоящую из синхронного детектора, опорного генератора, усилителя постоянного тока, катушек ста-, билизации рабочего поля, причем линию задержки вводят в разрыв цепи обратной связи спинового генератора, а нелинейный элемент - в разрыв цепи между выходом спинового генератора и системой управления интенсивностью света. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 G 01 J 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4198614/31-25 (22) 24.02.87 (46) 30.07.88. Бюл. 11- 28 (71) МГУ им. М.В. Ло юносова (72) E.Н. Бушмакин, Л.С. Корниенко и P.M. Умарходжаев (53) 535.024(088.8) (56) Шишловский A.À. Прикладная физическая оптика. M.: Фиэматгиз, 1961, рис. 216, 441.

Авторское свидетельство СССР

Р 542102, кл. G 01 3 1/00, 1973. (54) СТАБИЛИЗАТОР ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТОВОГО ПОТОКА (57) Изобретение относится к оптике, в частности к устройствам для стабилизации интенсивности световых потоков . Цель — повышение стабильности интенсивности светового потока задан- .

„.SU, 14! 3442 ной длинЫ волны. В устройство для стабилизации интенсивности светового потока, использующее в качестве светочувствительного элемента спиновый генератор, выход которого соединен с системой управления интенсивностью света, вводят линию задержки, нелинейный элемент и систему стабилизации магнитного рабочего поля спинового генератора, состоящую из синхронного детектора, опорного генератора, усилителя постоянного тока, катушек стабилизации рабочего поля, причем линию задержки вводят в разрыв цепи

: обратной связи спинового генератора, а нелинейный элемент — в разрыв цепи между выходом спинового генератора и системой управления интенсивностью света. 2 ил.

1413442

Изобретение относится к оптике, в частности к устройствам для стабилизации интенсивности световых потоков, и может быть использовано для создания стабильного по интенсивности потока света в заданной области длин волн, применяемых при оптической ориентации ядер ртути, гелия, атомов щелочных металлов. 10

Цель изобретения — повьппение стабильности интенсивности светового потока заданной длины волны путем стабилизации рабочего поля спинового генератора. 15

На фиг. 1 приведен спектр частот колебаний спинового генератора; на фиг. 2 — блок-схема стабилизатора интенсивности светового потока.

Если в спиновом генераторе замк- 20 нуть цепь обратной связи через электронную линию задержки, осуществляющую задержку сигнала на время 2 то в соответствии с условием баланса фаз 25 и Но

Т где ь) " частота генерации; — гиромагнитное отношение ра- 30 бочего вещества;

Н вЂ” рабочее статическое магнитное поле;

Т2 — поперечное время релаксации.

При достаточно большом (Ф-Т2) возможен бигармоничный режим работы спинового генератора. В этом случае генерируются две частоты сд, и rd2 удовлетворяющие уравнению (1).

На фиг. 1 изображены спектральные 40 компоненты И, и cd такого колебания и контур спектральной линии ядерного магнитного резонанса рабочего веще ства.

Воздействие флюктуации интенсивности света g I приводит к симметричному смещению спектральных компонент опносительно центра линии на величину

Ьи, т.е. к изменению разностной частоты (Сд2+асд)-(с4)4 -дсд) на величину

2hcd. Суммарная частота при этом не меняется, так как

Воздействие флюктуации статического магнитного поля bH приводит к асимметричному сдвигу спектральных компонент И и а1 относительно центра линии на величины hcd и а ь) соответственно и к изменению суммарной частоты генерации на величину а И, +

+ hcd . При этом знак флюктуации поля L совпадает со знаком ухода частоты.

Таким образом, разность частот генерации спинового генератора (разностная частота), работающего в бигармоничном режиме, можно использовать в качестве сигнала ошибки в системе стабилизации интенсивности светового потока, а сумму соответствующих частот (суммарная частота) в качестве сигнала ошибки в системе стабилизации рабочего статического поля Н„.

Согласно фиг. 2 блок-схема стабилизатора содержит генератор l высокой частоты, спектральную лампу 2, полупрозрачное зеркало 3, поляроид 4, четвертьволновую пластину 5., оптически.связанные с входом спинового генератора 6, состоящего из рабочего образца 7, помещенного в рабочее статическое магнитное поле Н, фотопреобразователя 9, линии 10 задержки, усилителя 11, катушек 12 радиочастотного поля Н,, нелинейный элемент 13, систему стабилизации рабочего поля

Н -, состоящую иэ синхронного детектора 14, опорного генератора 15 суммарной частоты, усилителя 16 постоянного тока и катушек 17 стабилизации рабочего поля, систему управления интенсивностью света, состоящую из синхронного детектора 18, опорного генератора 1.9 разностной частоты, управляющего элемента 20, диафраг-. мы 21.

С помощью генератора 1 в лампе 2 возбуждают разряд. Луч света от лампы делится полупрозрачйым зеркалом 3, t проходит поляроид 4, четвертьволновую пластину 5 и, приобретая круговую поляризацию, попадает на рабочий образец 7, например, изотопы Hg g или

4М

Cs спинового генератора 6. Вектор напряженности рабочего поля Н, нао правлен под углом 45 к оси пучка света.

Промодулированный по интенсивности частотами прецессии ядер у, и Я2 свет, прошедший образец 7, попадает на фо-. топреобразователь 9, Электрический сигнал — суперпозиция двух частот ю, и М - — с выхода фотопреобразователя 9 через линию 10 задержки постут -: пает на усилитель 11, с выхода кото1413442 и - 1,4Х ° где К вЂ” коэффициент стабилизации

25 рабочего поля;

К вЂ” коэффициент передачи: интенсивность — частота предлагаемого устройства (частота — в смысле разно30 сТНоН частОты (d ь 1 ) °

Подставляя в формулу (3) типовые значения: Кз = 1000; К = 0,5 Гц/Х;

К = 1000, получим

При ЬН = 10 мЭ Ь X —" 0,007Х.

Таким образом, нестабильность магнитного поля, более чем B 100 раз

40 слабее сказывается на нестабильности интенсивности света по сравнению с

ЬТ прототипом ((100) ..:

Ь|п

Предлагаемое устройство может быть

45 использовано в прецизионных квантовых магнитометрах, в прецизионных квантовых преобразователях ток — частота, а также в экспериментах по прОверке гипотез фундаментальной физики, где нестабильность светового потока saданной спектральной компоненты существенно сказывается на точности измерений. где — гидромагнитное отношение для Cs (g = 350 кГц/Э);

K — коэФФициент передачи: интен- 55 и сивность — частота прототипа (характеризует величину ухода частоты генерации при рого подается на катушки 12 радиочастотного поля Н„, ось которых перпендикулярна оси пучка света.

С выхода усилителя 11 сигнал поступает также на нелинейный элемент

13 (может служить диод, либо транзистор, включенные в нелинейном режиме).

В выходном сигнале нелинейного элемента 13 присутствуют разностная (И вЂ” ь)„) и суммарная (И, + у ) частоты. Синхронный детектор 14 сравнивает суммарную частоту с частотой опорного генератора 15 суммарной частоты и через усилитель 16 постоянного тока управляет током катушек 17 так, чтобы сравниваемые частоты совпадали. Этим достигается стабилизаЦИЯ ПОЛЯ Н0 °

Синхронный детектор !8 сравнивает разностную частоту с частотой опорного генератора 19 разностной частоты и через управляющий элемент 20 меняет режим питания лампы 2 или диаметр диафрагмы 21 так, чтобы разностная частота совпадала с частотой опорного генератора разностной частоты. В результате спектральная компонента излучения спектральной лампы 2, производящая оптическую ориентацию ато,1 мов рабочего вещества стабилизируется по интенсивности и с полупрозрачного зеркала 3 можно получить стабильный по интенсивности неполяризоп свеT ст

Сравним влияние нестабильности магнитного поля на стабильность интенсивности света в прототипе и в предлагаемом устройстве в случае, когда рабочим веществом является изотоп Cs с типовым временем релаксации Т 2мс. а

В прототипе при изменении внешнего магнитного поля Н на величину ьН и при коэффициенте экранирования от внешнего магнитного поля Кз рабочее поле изменится на величину Ь Но =

=K ЬН. Это вызовет изменение интена сивности света прототипа на величину

Ь |и Ь Н,К„= РНК К, (2) изменении интенсивности света Hà IX).

Подставляя в формулу (2) типовые значения. K =IООО; К„=2 5 Гц/Х, по- лучим ь X„(4 10 Z/Ãö) ЬН °

При изменении внешнего поля, например, на Ь Н=IО мЭ (это соответствует 2Х от максимального земного поля) Для предлагаемого устройства с учетом коэффициента стабилизации рабочего поля формула (2) записывается в виде X - g КK, -К К ЬÍ, (3) Ьт = (г 10 ;./Ãö) у ЬН.

Формула изобретения

Стабилизатор интенсивности светового потока, содержащий последова- .

1413442 тельно расположенные на одной оптической оси спектральную лампу, связанную с генератором высокой частоты, диафрагму, полупрозрачное зеркало, поляроид, четвертьволновую пластину, спиновый генератор с оптической накачкой, содержащий рабочий образец, и последовательно соединенные и образующие обратную связь спинового генератора фотопреобраэователь, усилитель и катушки радиочастотного поля, а также синхронный детектор, информационный и синхрониэирующий входы которого соединены соответственно. с выходами усилителя и опорного генератора, а выход синхронного детектора через управляющий элемент соединен с диафрагмой и с управляющим входом генератора высокой частоты, о т л и " ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности интенсивности светового потока заданной длины волны путем стабилизации рабочего магнитного поля в стабилизатор введены линия задержки, нелинейный элемент, второй

5 синхронный детектор, второй опорный генератор, усилитель постоянного тока и катушки стабилизации рабочего поля, при этом вход линии задержки соединен с выходом фотопреобразователя, а ее выход — с входом усилителя, вход нелинейного элемента подключен к выходу спинового генератора, а выход нелинейного элемента соединен с 5 .информационными. входами обоих синхронных детекторов, синхронизирующий вход вТорого синхронного детектора подключен к выходу второго опорного генератора, а выход второго синхронного детектора через усилитель постоянного тока соединен с катушками стабилизации рабочего поля.

14)3442

Составитель А. Ястребов

Редактор M. Келемеш Техред М.Ходанич Корректор М. Демчик

Заказ 3771/42 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4