Устройство для определения характеристик магнитного поля

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения вектора напряженности магнитного поля с помощью одного кольцевого газового лазера. Цель - повышение точности и быстродействия измерений. Кольцевой оптический резонатор, образованный отражателями, за счет активного элемента и двулучепреломляющего фарадеевского элемента, расположенного внутри подключенного к источнику и постоянного напряжения соленоида, осуществляет генерацию двух пар встречных волн с правой и левой эллиптическими поляризациями. Устройство содержит первый и второй фотосмесители и встречных волн, первый и второй фотосмесители однонаправленных волн, а также четыре фотоприемника разностной частоты и регистраторы частоты, вычислитель из блока постоянной памяти, регистратор. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения вектора напряженности магнитного поля с помощью кольцевого газового лазера.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для определения характеристик магнитного поля кольцевым газовым лазером включает активный элемент 1, двулучепреломляющий фарадеевский элемент (ДФЭ) 2, расположенный внутри соленоида 3, выходы которого подключены к источнику 4 постоянного напряжения, кольцевой оптический резонатор, образованный отражателями 5, два из которых оптически связаны с первым и вторым фотосмесителями 6 и 7 встречных волн с правой и левой эллиптическими поляризациями, а два оставшихся отражателя - с первым и вторым фотосмесителями 8 и 9 однонаправленных волн ортогональных поляризаций. Выходы фотосмесителей 6 - 9 соответственно через фотоприемники 10 - 13 разностной частоты и регистраторы 14 - 17 (частотомеры) подключены к входам вычислителя 18, первый вход которого соединен с выходом блока 19 постоянной памяти, а выход - с входом регистратора 20 магнитного поля. При этом блок 21 управления и синхронизации обеспечивает согласованную работу узлов устройства.

В качестве фотосмесителей 8 и 9 могут быть использованы, как обычно, поляризаторы. Аппаратурно вычислитель 18 и блоки 19 и 21 реализуются с помощью ЭВМ (микропроцессора).

Устройство работает следующим образом.

С включением активного элемента 1 и источника 4 постоянного напряжения в кольцевом оптическом резонаторе из-за наличия ДФЭ 2, находящегося в постоянном магнитном поле соленоида 3, формируется режим генерации двух пар встречно бегущих волн с правой и левой эллиптическими поляризациями и частотами, определяемыми соотношениями f_п+= ν_п - + Ω_асп+(); f_п-= ν_п + + Ω_асп-(); (1) f_л+= ν_л + + Ω_асл+(); f_л-= ν_л- + Ω_асл-(), где ν_п и ν_л - собственные частоты резонатора; Δf_ф- расщепление частот встречных волн; Ω_асл+ и Ω_асл- , Ω_асп+ и Ω_асп- - сдвиги частот, связанные с усилительными и дисперсионными свойствами активной среды, активного элемента на частотах генерации волн; Н - напряженность магнитного поля.

Соответствующие фотосмесители с фотоприемниками разностной частоты обеспечивают одновременное получение на выходе регистраторов четырех частот биений встречных волн одинаковой по направлению поляризации Ω_Бп , Ω_Бл и однонаправленных волн ортогональных поляризаций Ω_Б+ , Ω_Б-: Ω_БП = f_п--f_п+= Δf_ф+ΔΩ_асп(, Θ, ϕ, ε_п-, ε_п+, ϕ^o_п+, ϕ^o_п-, {a_j}) ; Ω_БЛ= f_л+-f_л-= Δf_ф+ ΔΩ_асл(, Θ, ϕ, ε_л+, ε_л-, ϕ^o_л+, ϕ^o_л-, {a_j}) ;
Ω_Б+= f_п+-f_л+= (ν_п-ν_л)-Δf_ф+ΔΩ_ас+(, Θ, ϕ, ε_п+, ε_л+,)
Ω_Б-=f_п--f_л-=(ν_п-ν_л)+Δf_ф+ΔΩ_ас-(, Θ, ϕ, ε_п-, ε_л-, ϕ^°_п-, ϕ^°_л-{a_j}),
(2) где {a_j} - параметры лазера, в совокупность которых входят поляризационные параметры векторов поляризации волн; ε₊ , ε_- - эллиптичности (сжатия) и ϕ₊^o , ϕ_-^o - азимуты;
Θ - угол нутации;
ϕ - угол процессии.

В фотосмесителях 6 и 7 встречных волн как обычно происходит смешение встречных волн одинаковой по направлению поляризации, в результате чего на выходах первого и второго регистраторов 14 и 15 (частотомеров) формируются сигналы частот биений Ω_Бп и Ω_Бл . В то же время две пары однонаправленных волн с частотами f_л+, f_п+ и f_п-, f_л-выходят через отражатели 5 из резонатора и смешиваются в первом и втором фотосмесителях 8 и 9 однонаправленных волн ортогональных поляризаций (поляризаторах). В результате смешения на выходах третьего и четвертого регистраторов 16 и 17 (частотомеров) образуются сигналы частот биений Ω_Б+ и Ω_Б-.

Измеренные значения частот биений Ω_Бп , Ω_Бл , Ω_Б+ и Ω_Б- подаются в вычислитель 18, куда из блока постоянной памяти заводятся также известные значения параметров лазера {a_j}, в том числе поляризационные параметры волн ε_п+ , ε_п- , ε_л+ , ε_л- , ϕ_п+^o , ϕ_п-^o , ϕ_л+^o , ϕ_л-^o и частоты ν_п , ν_л , Δ f_ф.

На основе найденных значений частот биений и известных параметров лазера в вычислителе 18 производится решение известной системы алгебраических уравнений (2) относительно , Θ и ϕ. Полученные значения , Θ и ϕ полностью определяют вектор напряженности магнитного поля, фиксируемый в регистраторе магнитного поля 20. При этом блок 21 управления и синхронизации обеспечивает согласованную работу узлов устройства, в частности совпадение интервалов измерения регистраторов (частотомеров ) 14-17.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее кольцевой газовый лазер, образованный отражателями и активным элементом, а также источник постоянного напряжения и последовательно соединенные блок постоянной памяти, вычислитель и регистратор магнитного поля, причем второй управляющий вход вычислителя соединен с выходом блока управления и синхронизации, первый выход лазера через первый фотосмеситель встречных волн правой эллиптической поляризации и первый фотоприемник разностной частоты подключен к входу первого регистратора, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока управления и синхронизации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены второй фотосмеситель встречных волн левой эллиптической поляризации, первый и второй фотосмесители однонаправленных волн ортогональных поляризаций, второй, третий и четвертый фотоприемники разностной частоты, второй, третий и четвертый регистраторы, а также внутрирезонаторный двулучепреломляющий Фарадеевский элемент, расположенный внутри подключенного к источнику постоянного тока соленоида и имеющим оптическую ось, перпендикулярную волновым векторам генерируемых волн, причем второй, третий и четвертый выходы лазера соответственно через второй фотосмеситель встречных волн левой эллиптической поляризации, первый и второй фотосмесители однонаправленных волн ортогональных поляризаций, а также второй, третий и четвертый фотоприемники разностной частоты подключены к входу второго, третьего и четвертого регистраторов, вторые управляющие входы которых связаны с выходом блока управления и синхронизации, а выходы - с третьим, четвертым и пятым входом вычислителя, шестой вход которого соединен с выходом первого регистратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1