Квантовый магнитометр с оптической ориентацией метастабильных атомов гелия

 

Мез Советских

Сециаяистичесяик втасяубяии (11) 9972 (6l) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 04.07.75 (21) „2151130/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (5t) M. Ka 601 В 33/00 йеудврвтвюай нвинтет

6вввтв Мнннетрвв ИСР вв делам нзебретеннй н DTKpblTNa (43} Опубликовано 25.08.77, Бюллетень № 31 (53} УДК 550.834 (088.8) (45) Дата опубликования описания 09.12.77 (72} Авторы изобретения Е. В. Блинов, Л. С. Власенко, Р. А. Житииков н Б.Я. Севастьянов

Ордена Ленина физико-технический институт им. А, Ф. Иоф4е (71) Заявитель (54) КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР С ОПТИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИЕЙ

МЕТАСТАЬИЛЬЙЫХ АТОМОВ ГЕЛИЯ

Изобретение относится к магнитометрическиев устройствам i может найти црнменение в технике точного измерения земного, космического и других магнитных полей.

Известные квантовые магнитометры с оптинской ориентацией атомов щелочных металлов и гелия обладают высоктй чувствительностью, точностью, быстродействием, непрерывным режимом работы.

Однако высокая чувствительность магиитометров с оптической ориентацией атомов щелочных металлов достигается лишь при местном термостатировании, так как оиа зависит от температуры паров рабочего вещества в камере поглощения Щ.

При точном измерении магнитного поля необходимо вводить соответствующую поправку, обусловленную нелинейной зависимостью частоты магнитного резонанса щелочных металлов от величины измеряемого магнитного поля. Кроме того, нессиметричность линии магнитного резонанса приводит к сильной угловой зависимости показаний магтпттометра.

Прототипом описываемого изобретения является

М-магнитометр с оптической ориентацией атомов гелия, состоящий из спектральной лампы накачки, ркулярного поляризатора, камеры поглощения,,.:фотоприейиика, высокочастотных генераторов для возбуждения разряда в камере поглощения и в лампе накачки, радиочастотных генератора и ка5 туияси, системы автонодстройки радиочастотного генератора и системы измерения частоты 121

Такой магнитометр имеет линейную зависимость между часпкой магнитного резонанса и величиной измеряемого магнитного поля и не требует

1О термостатироваиия.

OppRBco сигнал магнитного paaoHRHca регистри.

pyerca фотоприемником, в качестве которого применяются полупроводниковые фотодноды. Они не. долговечны, подвержены влиянию различных внеш15 них излучений, имеют сильную температурную зависимость чувствительности. Кроме того, при регистрации сигнала магнитного резонанса фотоприемником требуется обеспечение высокой стабильности источника света накачки и снижение до минимума

20 его шумов, что приводит к усложнению конструкции прибора.

Цель изобретения.— создание квантового магннтометра, который, сохраняя преимущества магнитометров с оптической ориентацией метастабиль

25 ных атомов гелия, обладал бы более высокой 69972 иадяжиосэью N, IcpoMe Toro, позволил бы снизить требования к стабильности источника света накачки.

Это достигается благодаря выполнению системы регистрации резонансного сигнала в виде измерителя электропроводности плазмы, связанного с камерой поглощения и представляющего собои, например, высокочастотный амплитудный детектор, подключенный к выходу высокочастотного генератора, возбуждающего разряд в камере поглощения.

На чертеже изображена "ункциокальная схема магнитометра с оптической ориентацией метаста. бил ьных атомов гелия.

Магнитометр содержит спектральную лампу 1 накачки с отражателем; поляроид 2 на длину волны

1 08 мкм пластинкУ ЗЦ4; камеРУ 4 поглощениЯ; высоко естотный генератор 5 для возбуждения раз- ряда в лампе 1 накачки; высокочастотный генератор 6 для возбуждения слабого разряда в камере поглощения; радиочастотную катушку 7; скстему регистрации резонансного измерения электропроводности пиаэмы в камере поглощекия, представляющую собой (a данном случае) высокочастотный амплитудный детектор 8; резонансный усилитель

9, синхронный детектор 10; генератор модуляции

11; радиочастотный генератор 12 (элеме ггы 9,10,11 представляет собой систему автоподстройки частоты генератора 12); систему измерения частоты . радиочастотного генератора 13. ! елиевая лампа 1, в которой возбуждается безэлектродкый высокочастотный разряд., создает резонансное излучение ка длине волны 1,083мкм.

Это излучение, пройдя через циркулярный полярк. затор (поляроид 2 и пластинку 3), попадает @ камеру поглощения 4 и поглощается в ней метаста. бильнымъ атомами Не, которые создаются слабым высокочастотным разрядом, В результате этого поглощения и последующего излучения света происходит оптическая ориентация магнитных моментов метастаоильных атомов Не в направлении луча света. Если к системе метастабильиых атомов Не приложено перпекдику»ярко внешнему магнитно. му полю слабое переменное поле Не;, которое создается радиочастотной катушкой 7, подключенной к радиочастотному генератору 12, и это переменное ноле имеет частоту f, равную. частоте ларморовской прецессии магнитных моментов метастабилькых атомов Не во внешнем магнитном поле Но, то оптическая ориентация метаста- бильиых атомов Не будет разрушаться. При этом уютность электронов в плане разряда увеличиветая, что приводит к кэмекенкю электропроводности .::, ::,: . в камере поглощения и, следовательно,,... пс —:.. ьив сигнала m выходе системы рагист;".апк= .. .хт,.юпровоюс "-:::; ш азль . Этот сигнал

0

Частота f радиочастотного поля связана с велигккой постоянного магнитного поля Но и, следовательно, может служить дпя измерения его величины.

Кроме высокочастотного амплитудного детектора, выполненного в виде измерительного моста на

1О полупроводниковых диодах, для регистрации электропроводности плазмы можно применять и другие системы, В частности, можно использовать зондирование плазмы СВЧ-излучением или зондовый метод регистрации на постоянном токе.

Применение системы регистрации изменения электропроводкости плазмы для регистрации маг нитного резонанса оптически ориентированных атомов Не4 позволяет исключить иэ конструкции устройства обычно используемый для этой цели ц фотоприемник и применить детали, которые стойки к воздействию радиации и других излучений, обладают в несколько раз большим сроком службы, а также меньшей стоимостью. Кроме того, применение системы регистрации электропроводности плаз-, г мы позволяет более чем на два порядка снизить требования к стабильности источника света на-, качкии

Формула изобретения

Квантовый магнитометр с оптической оркекгацией матастабилькых атомов гелия, содержащий спектральную лампу накачки, циркулярный поляризатор, камеру поглощения, расположенные на одной оптической оси, высокочастотные генераторы для возбуждения разряда s спектральной лампе и камере поглощения, охватывающую камеру поглощения, радиочастотную катушку с подключенным к кей радиочастотным генератором, систему регистрации резонансного сигнала, выход которой подклю-. чен к системе автоподстройки частоты радиочастоткого генератора, и систему измерения частоты, о т л и ч а ю щ и " с я тем, что, с целью обеспечения помехозащишенности, повышения надежности магкитометра и снижении требований к стабильности

15 источника света накачки, система регистрации резонансного сигнала представляет собой измеритель, электропроводиости плазмы, связанный с камерой поглощения и выполненный, например, в виде высокочастотного амплитудного детектора, подклю5О чекного к выходу высокочастотного генератора, возбуждающего разряд в камере поглощения.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе: ! . Giret R.L .,бар!тцвзсв,30,МЗ,Я65.

ы 2 . Кецвег A.Я.,Rice J.А. acct Зс1нюжт1.н.

3ацивслР af Gavphgsicuf Resecstch v.бб, 416Ú, Юб!

Составитель В. Зверев

Редактор Т. Загребельная Т ехред И. Климко Корректор

Заказ 3045/38

Тираж 1101 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров ССО по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4