Способ калибровки измерений напряженности магнитного поля и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для калибровки магнитографов и устройств на базе спектрографов для измерения магнитных полей по эффекту Зеемана. Сущность изобретения: для калибровки фотометрических измерений расщепления спектральных линий в поперечном магнитном поле предлагается искусственно расщеплять в спектрографе на заданную величину спектральную линию на три линейно поляризованных компонента, два боковых из которых ортогонально поляризованы к центральному. Калибровка проводится на том же приборе и с тем же источником света, для которого ведутся измерения магнитных полей. Расщепление на три компонента осуществляется следующим образом: первая двупреломляющая лучеразводящая пластинка разделяет входящий в спектрограф свет на два пучка о-и е - лучи. Затем о-луч расщепляется на заданную величину пластинкой Саварра на два луча, образующие в фокальной плоскости спектрографа боковые σ-компоненты расщепления с поляризацией о - луча. Наконец, вторая двупреломляющая пластина сводит е - луч в середину между двумя боковыми σ-компонентами, который образует центральный π - компонент расщепления. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной технике и предназначено для калибровки на спектрографах измерений магнитных полей астрофизических объектов по зеемановскому расщеплению спектральных линий. Обычно измерения величины зеемановского расщепления сводят к фотометрии в фокальной плоскости спектрографа переналоженных друг на друга поляризованных компонент расщепленной линии. Такие фотометрические измерения необходимы для быстрого получения карт магнитных полей протяженных объектов и оказываются возможными, так как величина фотометрического сигнала однозначно связана с величиной расщепления, которая определяется величиной магнитного поля. Однако все фотометрические измерения должны иметь калибровочные соотношения: сигнал - расщепление - магнитное поле.

Наилучшую точность калибровки фотометрических измерений обеспечивают способы и устройства, в которых осуществляют искусственное расщепление линии на ортогонально поляризованные, частично переналоженные компоненты, моделируют их по поляризации, фотометрируют и полученный сигнал используют как калибровочный.

Известен, например, способ калибровки магнитного поля, основанный на использовании на спектрографе искусственного источника света (например, ртутной лампы), помещаемого в магнитное поле лабораторного магнита с известной напряженностью магнитного поля, в котором спектральная линия искусственно расщепляется на два или три компонента в зависимости от угла между направлением магнитного поля магнита и лучом зрения (А.Б. Северный. Калибровка магнитного поля солнечного магнитографа. Известия Крымской астрофизической обсерватории, 1967, т. 36, с. 22 - 51). Главным недостатком этого метода является низкая точность калибровки из-за несоответствия контуров фраунгоферовых спектральных линий, по которым ведется измерение магнитных полей, например на Солнце, и контуров эмиссионных спектральных линий искусственного источника, используемых для калибровки.

Наиболее близкий способ, в котором калибровка измерений производится с помощью искусственного расщепления, осуществляется следующим образом (A.C.G. 01 J 3/04 N 1245895). На спектрографе при калибровке в качестве источника света устанавливается тот же самый участок изображения Солнца, в котором производились измерения магнитного поля. Таким образом, контур спектральной линии при калибровке, и при измерениях практически соответствует друг другу. В вошедший в спектрограф пучок устанавливают лучеразводящую призму, обеспечивающую расщепление входящего пучка на два параллельных. Призма может быть выполнена из двух лучеразводящих кристаллических пластин, развернутых под углом 90^o друг к другу (пластинка Саварра) так, что обыкновенный луч, выходящий из первой пластинки, становится необыкновенным во второй. В итоге в спектрографе образуются два пучка, симметрично расположенные от первоначального положения линии, которые образуют в фокальной плоскости спектрографа два ортогонально поляризованных σ- компонента спектральной линии. За пластинкой Саварра устанавливают модулятор, который поочередно пропускает компоненты. Фотометр помещают в фокальную плоскость спектрографа, регистpируют изменение интенсивности света, вызванное попеременным гашением компонент. Это изменение интенсивности и является калибровочным сигналом, соответствующим заданному расщеплению спектральной линии, т.е. заданному магнитному полю.

Однако с помощью этого способа и устройства, реализующего способ, невозможно вести калибровку измерений поперечных магнитных полей, т.к. расщепление производится на два ортогонально поляризованные σ- -компонента, симметрично расположенные относительно центра линии, т.е. моделируется ситуация, которая имеет место при измерении продольного магнитного поля (продольный эффект Зеемана).

Цель изобретения - проведение калибровки поперечных магнитных полей - достигается тем, что при калибровке создается ситуация, которая имеет место при измерении поперечного магнитного поля (поперечный эффект Зеемана), т.е. спектральную линию искусственно расщепляют на три линейно поляризованных компонента: два боковых σ- - компонента, поляризованные ортогонально к центральному π- -компоненту.

На чертеже в плоскости дисперсии спектрографа показана схема предлагаемого устройства и его взаимодействия со спектрографом и фотометром при реализации способа калибровки и расположение компонентов искусственно расщепленной спектральной линии на щели фотометра.

Устройство содержит кристаллическую двупреломляющую пластину 2, пластину Саварра 3, двупреломляющую пластину 4, модулятор линейной поляризации 5, установленные в указанном порядке за входной щелью спектрографа 1, и фотометр 6 - в фокальной плоскости спектрографа. Стрелками на двупреломляющих элементах показаны проекции кристаллографических осей на плоскость дисперсии, а ниже - их проекции на входные поверхности элементов. Точки и черточки на лучах условно обозначают направление световых колебаний.

Для осуществления калибровки измерений поперечных магнитных полей на входную щель спектрографа направляют свет того же самого источника (например, от участка изображения Солнца), для которого измерялась напряженность магнитного поля. Входящий в спектрограф пучок света попадает на двупреломляющую кристаллическую пластину 2 (например, ромбоэдр из оптического кальцита), в ней расщепляется на два ортогонально линейно-поляризованных луча. Необыкновенный (e-луч) отклоняется в сторону, а обыкновенный (o-луч) без отклонения проходит в пластину Саварра 3. Главные плоскости кристаллических элементов пластинки Саварра ориентированы под углом 45^o к главной плоскости двупреломляющих пластин 2 и 4. Из o-луча в пластинке Саварра возникают два луча, направления колебаний которых ортогональны и составляют угол 45^o с направлением колебаний o-луча. Два луча разводятся пластинкой симметрично. Величину разделения делают менее полуширины контура расщепляемой спектральной линии и это задают толщиной элементов пластинки Саварра. Вышедшие из пластинки Саварра два луча проходят в двупреломляющую пластинку 4, в которой каждый из лучей создает o- и e-лучей. Два о- луча без отклонения проходят пластину 4. Отклонение e-лучей в ней противоположно отклонению в пластине 2, поэтому к этим двум o-лучам, в середину между ними присоединяется третий e-луч из двупреломляющей пластины 2, который проходит мимо пластинки Саварра. Таким образом, световые пучки, идущие вдоль этих трех лучей при включенном модуляторе, образуют в фокальной плоскости спектрографа три спектра, смещенные вдоль дисперсии друг относительно друга на расстояние менее полуширины спектральной линии. На щели фотометра 6 спектральная линия изображена тремя линейно-поляризованными компонентами, два боковых из которых σ- - компоненты поляризованы ортогонально к центральному π- -компоненту. Интенсивность и оптический путь искусственных π- и двух σ- -компонент могут быть согласованы с помощью компенсатора 7, установленного на пути π- - компонента между лучеразводящими пластинами 2 и 4. Нерабочие пучки, выходящие из пластины 4, задерживаются диафрагмой 8.

На чертеже условно показаны контуры искусственно расщепленной спектральной фраунгоферовой линии (поглощения) в фокальной плоскости спектрографа. Величину расщепления обычно устанавливают менее полуширины линии, которая используется для измерения и калибровки магнитных полей. Штрихами показаны участки контуров компонент, которые проходят в щель спектрографа. При включенном модуляторе линейной поляризации в щель фотометра попадает свет то от центральной части π- -компонента, то от крыльев двух σ- -компонент. Переменный сигнал, регистрируемый фотометром, и является калибровочным для заданного зеемановского расщепления, т. е. для заданного поперечного магнитного поля. Шумы при калибровочных измерениях соответствуют реальным шумам при рабочих измерениях, т.к. калибровка и рабочие измерения осуществляются в одинаковых условиях.

Формула изобретения

1. Способ калибровки измерений напряженности магнитного поля, основанный на создании в спектрографе известного искусственного расщепления спектральной линии на ортогонально-поляризованные компоненты, модуляции по поляризации светового потока компонент и фотометрии в фокальной плоскости спектрографа колебаний светового потока компонент пропорционального расщеплению линии, отличающийся тем, что спектральную линию расщепляют на три линейно поляризованных компонента, причем два боковых компонента по отношению к среднему поляризуют ортогонально, располагают их симметрично на расстоянии меньше полуширины линии и фотометрируют колебания световых потоков центра среднего компонента относительно переналоженных на него крыльев боковых компонент.

2. Устройство для осуществления калибровки измерений, устанавливаемое на спектрографе, содержащее лучеразводящую пластинку Саварра, модулятор, фотометр, отличающееся тем, что пластинка Саварра размещена между двумя противоположно ориентированными лучеразводящими кристаллическими пластинами, главные плоскости кристаллических пластин параллельны и составляют угол 45^o с главной плоскостью пластинки Саварра, которая введена в один из разведенных лучей, а фотометр установлен в центре расщепленной линии.

РИСУНКИ

Рисунок 1