Магнитометр с оптической накачкой

 

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано в метерологических и научных целях. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности магнитометра. Устройство содержит спектральную рамку 1, магнитную систему 2, генератор 3 поджига разряда, передающий светопровод 4, циркулярный поляризатор 5, поглощающую ячейку 6, приемный светопровод 7, фотоприемник 8, блок 9 управления, радиочастотную катушку 10. Поставленная цель достигается тем, что максимальная толщина в центре поглощающей ячейки, выполненной в виде двояковыпуклой линзы, выбрана в соответствии с выражением D=B√2 + 2,5(1-R)T/2,5(1-R), где B - высота светопровода, T - толщина стенок поглощающей ячейки, R - коэффициент потерь на отражения от стенок поглощающей ячейки и граней светопровода. Передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом ε. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„, 1552142 (5l)5 С Ol В 33/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4351 978/24-2.1 (22) 30, 11 . 87 (46), 23, 03 . 90 . Бюл ..Р 1 (72) Н.А. Клюшкин и В.Н. Фролов (53) 621 .317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 813344, кл. С 01 В. 33/26. (54) МАГНИТОМЕТР С ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКОЙ

1 (57) Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано в метрологических и научных ! целях. Цель изобретения — повышение чувствительности и точности магнитометра. Устройство содержит спектральную рамку 1, магнитную систему 2, генератор 3 поджига разряда. передающий

2 светопровод 4, циркулярный поляризатор 5, поглощающую ячейку 6, приемный светопровод 7, фотоприемник 8, блок 9 управления, радиочастотнук катушку 10. Роставленная цель достигается тем, что максимальная толщина в центре поглощающей ячейки, выполненной в виде двояковыпуклой линзы, выбрана в соответствии с выражением

Ъ 1 2 + 2 5(l-R)t

d 5 (I R) где Ь вЂ” высота светопровода, t — толщина стенок поглощающей ячейки, R — коэффициент потерь на отражения от стенок поглощающей ячейки и граней светопровода.

Передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом E . 2 з.п.ф-лы, l ил.

1552142

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано в метрологических и научных целях.

Цель изобретения — повышение чув5 ствительности и точности магнитометЬ 1 2 + 2 5(1-Р)

2,5 (1-R) где Ь вЂ” высота светопровода; толщина стенок поглощающей ячейки, R — коэффициент, учитывающий потери на отражение от стенок поглощающей ячейки и граней приемного светапровода.

Кроме того, передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом Г, определяемым выражением

40

0,2Ъ

1 п где 1 и с длина светопровода, показатель преломления материала четвертьволноной 50

Фазовой пластинки„ а приемный светопровод выполнен со скосам входной граИи пад углом 31, а выходной ,. о под углом 45 55

Помимо выполнена этого поглощающая ячейка в виде двояковыпуклой линра, Поставленная цель достигается тем, чта в магнитометре с оптической накачкой, содержащем расположенные последовательно на единой оптической оси спектральную лампу,, возбуждаемую от генера-.ора поджига. разряда, переданщий светопровод, выполненный в виде четырехугольной призмы со скошенными под углом 135 и 45 входной и выходной гранями, причем на выходную грань наклеен циркулярный поляризатор, об( ра з ов а нный линейным и а ля ри з а т ором и четвертьволновай Фазовой пластинкой поглощающую ячейку с парами атомов щелочного металла, приемный светопро" вад, выполненный в виде четырехугольной призмы с наклоными входной и выходной гранями, а также фотоприемник, связанный через блок управления с радиочастотной катушкой, намотанной на пorлощающую ячейку, оптическая толщина d поглощающей ячейки выбрана в соответствии с выражением эы с максимальной толщиной в центре, равной d.

На чертеже приведена Функциональная схема магнитометра.

Магнитометр с оптической накачкой. включает в себя расположенные последовательно на единой оптической оси спектральную лампу 1, установленную в зазоре магнитной системы 2 и возбуждаемую от генератора 3 поджига разряда, передающий светопровод 4, выполненный в виде четырехугольной призмы со скошенной под углом нижней боковой гранью и с входной и выходной гранями, выполненными под углом соответственно 135 и 45, причем на выходную грань светопровода

4 наклеен циркулярный поляризатор 5, образованный линейным поляризатором и четвертьволновой Фаэовой пластинкой, поглощающую ячейку 6, выполненную в Форме двояковыпуклой линзы, приемный светопровод 7, представляющий собой четырехугольнукъ призму с входной и выходной гранями, скошенными соответственно пад углом

31 и 45, а также фотсприемник 8, который через блок 9 управления связан с радиочастотной катушкой 10.

Магнитометр работает следующим образом.

Высокочастотный генератор 3 возбуждает высокочастотный безэлектродный разряд в спектральной лампе 1, обеспечивая интенсивный поток резонансного света в направлении оптической оси.прибора. Проходя через светопровод .4 в циркулярный поляризатор 5, свет приобретает круговую поляризацию и попадая на поглощающую ячейку, осуществляет в ней поляризацию атомных спинов. Макроскапически это проявляется в изменении оптической плотности атомного пара и, как следствие, приводит к вполне определенному уровню засветки Фотоприемника 8. Если далее на радиочастотную катуШку 1 0 подается высокочастотное напряжение на частоте равной частоте Е прецессии атомных спинов в измеряемом магнитном лоле, то в системе ориентированных атомов наступает магнитный резонанс, сопровождающийся изменением оптической плотности атомного пара в поглощающей ячейке 6. Наличие резонанса фиксируется посредством приемного светопровада 7 с помощью фотоприемника 8

15521 в виде электрического сигнала, выделяемого на ега нагрузке. При этом, поскольку толщина поглощающей ячейки 6 выбрана исходя из условия обеспечения максимума произведения ко5 личества рабочих атомов на величину освещаемой площади входной грани приемного светопровода, то полезный сигнал на нагрузке фотоприемника приобретает максимальное значение.

Кроме того, поскольку передающий светопровад 4 содержит скос нижней боковой грани под углом Е, то за счет многократных отражений максимум интенсивности света на выходе светапровода получает угловое смещение относительно нормали к выходной грани светапровода, равное 14 о (или 31 относительно направления 20 измеряемого поля), что при оптимальной толщине поглощающей ячейки обеспечивает дополнительное увеличение уровня полезного сигнала.

Для уменьшения потерь, связанных 25 с рассеиванием света от стенок поглощающей ячейки, а также потерь, обусловленных отражениями от входной грани приемнога светоправода, поглощающая ячейка выполняется в фар- 30 ме двояковыпуклой линзы, а срез входной грани приемного светопровода выполняется пад углом 90 -59 = 31 относительно его боковой грани.

При сканировании частоты f радио35 поля в окрестности резонансного. значения с некоторой частотой Я, осуществляемом посредством блока 9 управления, максимум сигнала магнитного резонанса соответствует минимуму сигнала первой гармоники.напряжения частоты сканирования, выделяемого на нагрузке фотоприемника 8. В этом случае совокупность приведенных на рисунке узлов образует замкнутый контур следящей системы, обеспечивающей с -,î÷íîñтью до динамических ошибок автоматическое совпадение частоты радиополя f с частотой магнит. ного резонанса fo. 50

Формула изобретения

Магнитометр с оптич.еской накачкой, содержащий последовательно

42 6 расположенные на единой оптической оси спектральную лампу, воэбуждаеъ мую от генератора поджига разряда, передающий светоправод, выполненный в виде четырехугольной призмы со скошенными пад углам 135 и 45 входной и выходной гранями, причем на выходной грани установлен циркулярный поляризатор, образованный линейным поляризатором и четвертьволновой фаэдвой пластинкой, поглащакщую ячейку с парами атомов щелочных металлов, приемный светопровод, выполненный в виде четырехугольной призмы с наклонными входной и выходной гранями, а также фотоприсмник, электрически соединенный через блок управления с радиочастотной катушкой, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, максимальная толщина d в центре поглощающей ячейки выбрана в соответствии с выражением

Ъ /2 + 2, 5 (! -В ) t

2,5(,-В) где Ъ вЂ” высота светопровода; толщина стенок поглощающей ячейки;

R — коэффициент потерь на отражения от стенок поглощающей ячейки и граней светопровода.

2. Магнитометр по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом f, определяемым выражением

0,2Ъ

1-и где 1 — длина светопровода, и — показатель преломления ма-, териала четвертьволновой фазовой пластинки.

3. Магнитометр по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что поглощающая ячейка выполнена в виде двояковыпуклой линзы с максимальной толщиной в центре.