Квантовый магнитометр с оптической ориентацией метастабильных атомов гелия
ОП ИСАНИЕ
Э ) (11) 532831
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04 07.75 (21) 215237 3/25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано25.10.76,Бюллетень № 39 (5!) М, Кл.
& 01 R 33/ОО
Гасударственный комитет
Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК550.834(088.8) (4б) Дата опубликования описания16.02.77 I
Е. В, Блинов, Л, С. Власенко, Р, А. Житников и Б. Н. Севастьянов (72) Авторы изобретения
Ордена Ленина физико-технический институт им. A. Ф. Иоффе (71) Заявитель (54) КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР С ОПТИЧЕСКОЙ ОРИЕНТА11ИЕЙ
МЕТАСТАБИЛЬНЫХ АТОМОВ ГЕЛИЯ
Изобретение относится к области магнитометрических устройств и может найти применение в технике точного измерения земного космического и искусственно создаваемых магнитных полей. 5
Известные квантовые магнитомеры с оптической ориентавией атомов .щелочных металлов и гелия обладают самой высокой из известных магнитометрических устройств чувствительностью и точностью показаний. 10
Однако такие магнитометры имеют нелинейную зависимость между величиной измеряемого магнитного поля и частотой магттитного резонанса, что требует введе- 15 ния соответствующих поправок при точном измерении магнитного поля. Кроме того „ атомы щелочных металлов имеют в слабых полях (— 1 гс) неразрешенную сверхтонкую структуру спектра, что приводит к уг-» 20 ловой зависимости показаний магнитометра.
Такие магнитометры также имеют значительную температурную зависимость чувствительности, что требует тщательного термостатирования (11, 25
Известен также квантовый магнитометр с оптической ориентацией метастабильных атомов гелия, содержащий спектральную лампу накачки, циркулярный поляризатор, камеру поглощения, фотоприемник,высокочастотные генераторы для возбуждения разряда в спектральной лампе накачки и в камере поглощения, радиочастотный контур, охватывающий камеру поглощения, радиочастотный генератор, систему автоподстройки частоты радиочастотного генератора и систему измерения частоты (2f. Такой магнитометр имеет линейную зависимость между частотой магнитного резонанса и величиной измеряемого магнитного поля и не требует термостатирования.
Однако в этом магнитометре для регистрации магнитного резонанса метастабильных атомов гелия применен фотоприемник, который регистрирует изменение интенсив« ности света накачки, проходящего через камеру поглощения . При такой регистрации фотоприемник подвеогается интенсивной пос тоянной засветке, что приводит к появлению значительной постоянной составляющей тока
53283i
1тра, а сигнал магнитного резонанса регист4ируется фотоприемником, который обладает высокой спектральной чувствительностьк
20 в видимой и ультрафиолетовой областях
1спектра и регистрирует изменение интенсив> ости излучения плазмы в камере поглоше-1
I ния при магнитном резонансе, На чертеже представлена функциональна схема квантового магнитометра с оптичес-, 1 кой ориентацией метастабильных атомов гелия, Магнитометр содержит спектральную лам
1пу 1 накачки с отражателем, поляроид 2 ,на длину волны 1,083 мкм, пластинку 3/ ,/Л/4, камеру поглошения 4, отражатель 5
1с диэлектрическим покрытием, высокочасто)г, ный генератор 6 для возбуждения разряда в спектральной лампе накачки, высокочастотный генератор 7 для возбуждения слабого разряда в камере поглошения, радиочастотную катушку 8, фотоприемник 9, рез >,нансный усилитель 10, фоточувствительный;; детектор 11, генератор модуляции 12;радио- О
,частотный генератор 13, систему 14 измерения частоты.
Гелиевая лампа, в которой возбуждает1ся безэлектродный высокочастотный разряд, ъ
1 . создает резонансное, излучение на длине волны 1,083 мкм. Это излучение, пройдя через циркулярный поляризатор и отража- .
1 тель, который является пропус:каюшим фильт1 ром на этой длине волны, попадает в каме ру поглошения и поглошается в ней мета д) ф
1стабильными атомами Не > которые создаются слабым высокочастотным разрядом. В результате этого происходит оптическая ориентация магнитных моментов метастабильных атомов Не в направлении пуча света. Измеряемое магнитное поле Н> ориентировано также в этом направлении.
Если к системе метастабильных атомов
Не приложено перпендикулярно к магниъНо noIIlo Ho, cIM6oe радиочастотное Но
Квантовый магнитоме-гр с о11тической
55 .ориентацией метастабильных атомов гелия, одержаший спектральную лампу накачки, циркулярный поляризатор, камеру поглон.ения, фотоприемник, расположенные на ogной оптической оси, высокочастотные генеяя раторы для возбуждения разряда в камеt в цепи фотоприемника и, следовательно, к ! большому уровню шумов. Кроме того> в та1ком устройстве необходимо обеспечить вы 1сокую стабильность источника света накач ки. б
Цель изобретения - повысить чувствительность магнитометра и снизить требования к стабильности источника света накЬч1
pm, >то достигается тем, что квантовый магнитометр с оптической ориентацией
1метастабильных атомов гелия снабжен сж атываюшим камеру поглошения отражатеlneM с диэлектрическим покрытием, пропускаю1шим излучение на длине волны света накач .
jm (1>083 мкм) и отражаюшим излучение
la видимой и ультрафиолетовой областях спе спе H частота которого равна ларморовс»
> ф кой частоте атомов Не в магнитном поле
Н > то оптическая ориентация метастабиль ных атомов Не будет разрушаться. При этом интенсивность излучения на всех ли ниях атомов гелия видимой и ультрафиолетовой областей спектра увеличивается, Изменение интенсивности излучения атомов гелия в плазме газового разряда, как и само это излучение, является изотропным. При поможи отражателя то излучение собирается почти в полном лесном угле и регистрируется фотоприем.1 иком. Резонансный сигнал с нагрузки фооприэмника поступает на вход узкополосого усилителя и далее на вход системы автоподстройки частоты радиочастотного енератора. Частота радиочастотного генеГ атора измеряется частотомером. Велиина измеряемого магнитного поля HO onр еделяется иэ соотношения Н = /у где
g- гиромагнитное отношение метастабиль ого атома Не, известное с большой точ» остью
Таким образом, применение отражателя диэлектрическим покрытием дает возможость регистрировать сигнал магнитного еэонанса на длинах волн, отличных от длины волны света накачки, и устранить пря1мую засветку фотоприемника источником све
I та накачки. Вследствие этого боле чем на порядок уменьшается величина постояннОЙ
1 составляюшей тока фотоприемника, а следовательно, уменьшается и уровень шумов фотоприемника. Благодаря возможности использования фотоприемника в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, который имеет квантовый выход больший, по сравнению с фотоприемниками, регистрируюшими свет с длиной волны 1>083 мкм, и применению отражателя с диэлектрическим покрытием чувствительность магнитометра увеличится почти на порядок.
Кроме того, поскольку свет спектральной лампы .накачки не регистрируется фотопрне лником, требования к стабильности источника:света накачки уменьшаются в
10 раэ.
Формула изобретения
532831. 5
Составитель В. Зверев
Редактор О, Стенина Техред О. Луговая Корректор С. Шекмар
Заказ 5451/208 Тираж 1029 Подписное
БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Г1атент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4 ре поглощения и спектральной лампе накачки, радиочастотную катушку, охватывающую камеру поглощения с подключенным к ней ,радиочастотным генератором, систему ав топодстройки радиочастотного генератора и систему измерения частоты, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целыс повы шения чувствительности магнитометра и снижения требований к стабильности источника света накачки, он снабжен охватыва- Я юшим камеру поглощения отражателем с диэлектрическим покрытием, пропускающим излучение, соответствуюшее длине волны ! света накачки, а фотоприе шик вь.полнея чувствительным к излучению камеры логлоJ щения только в видимой и ультрафиолетовой областях спектра.
Источники информации, принятые во внич.
I мание при экспертизе:
1. 7еп ен Н.,6еорИчйсь ч 30, 875, 1965.
2. М.Я. Кечьег, J. A. R ce мпд L.Ð.бйеагег.
Уогпае о 5eophys.Res. ч!66, 4163, 196, (прототип) .
