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Die Erfindung betrifft einen stabilen Schwingungserzeuger, dessen
Arbeitsweise durch quantenmechanische Übergänge bestimmt ist; insbesondere betrifft
die Erfindung einen derartigen Schwingungserzeuger, der optische Strahlung ausnutzt,
die ein Medium durchsetzt, in welchem Quantenübergänge stattfinden, und bei dem
eine Modulation der erzeugten Schwingungen erfolgt.
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Es ist in der letzten Zeit festgestellt worden, daß, wenn ein optischer
Strahl in Wechselwirkung mit einem Medium tritt, das kohärenten Quantenübergängen
unterliegt, und anschließend von einem Fotodetektor aufgenommen wird, der Fotodetektor
ein Signal bei einer Frequenz erzeugen kann, die durch die Frequenz der Übergänge
bestimmt ist. Dadurch, daß das Signal des Fotodetektors auf das Medium rückgekoppelt
wird, lassen sich auf diese Weise Schwingungen bei der Übergangsfrequenz erzeugen
und aufrechterhalten. Eine genauere Beschreibung dieser Erscheinungen ist in den
nachfolgenden Zeitschriften gegeben: Physical Review, 15. 3. 1957, 105, S. 1924;
Physical Review, 15. 9. 1957, 107, S. 1559; USA.-Patentschrift 3150 313.
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Eine wichtige Anwendung derartiger Schwingungserzeuger ist die Messung
magnetischer Feldstärken, wobei der Oszillator bei Übergängen betrieben wird, deren
Frequenz linear von der Feldstärke abhängt. Eine andere Anwendung liegt bei Erzeugern
von Normalfrequenzen, in welchem Fall zweckmäßigerweise Übergänge verwendet werden,
deren Frequenzen nicht von der Intensität des magnetischen Feldes abhängen. Sämtliche
Quantenübergänge haben eine bestimmte Linienbreite, daher erfordern Ergebnisse hoher
Präzision bei derartigen Anwendungsformen, daß die Schwingungsfrequenz nur von der
mittleren, d. h. der Resonanzfrequenz der Linie abhängt.
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Es ist unter praktischen Verhältnissen schwierig, die Phasenverschiebung
in den einzelnen Organen der geschlossenen Rückkopplungsschleife während des Betriebes
konstant zu halten. Diese Schwierigkeit tritt insbesondere auf, wenn es sich um
die Anwendung in Form eines Magnetometers handelt, wobei der Schwingungserzeuger
innerhalb eines breiten Frequenzbereiches und unter verschiedenen räumlichen Orientierungen
arbeiten muß. Infolgedessen können sich unerwünschte Abweichungen der Frequenz der
erzeugten Schwingungen gegenüber der Resonanzfrequenz ergeben. Die Erfindung betrifft
die Kompensation derartiger Erscheinungen und damit die Vermeidung derartiger Frequenzabweichungen.
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Die Erfindung geht von einem durch optische Quantenübergänge gesteuerten
Schwingungserzeuger aus, bei dem ein in einem magnetischen Feld angeordnetes Medium,
welches für Quantenübergänge eine durch ein magnetisches Hochfrequenzfeld erregbare
Resonanzlinie aufweist, von optischer Strahlung und einem hochfrequenten magnetischen
Erregerfeld durchsetzt wird und ein photoelektrischer Empfänger die das Medium durchsetzende,
bei Resonanz der Quantenübergänge maximal absorbierte Strahlung mißt und die Frequenz
des anregenden hochfrequenten magnetischen Feldes durch Frequenzmodulation mit einer
in einem Niederfrequenzgenerator erzeugten Niederfrequenz periodisch um die Resonanzfrequenz
verändert wird und bei dem durch Vergleich der Niederfrequenzkomponente des vom
photoelektrischen Empfänger aufgenommenen und verstärkten Signals mit der Niederfrequenz
aus dem Niederfrequenzgenerator in einem Phasendiskriminator ein Signal abgeleitet
wird, däs zur Regelung der Trägerfrequenz des hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes
verwendet wird.
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Bei einem bekannten derartigen Schwingungserzeuger wird wie bei anderen
vergleichbaren bekannten Schwingungserzeugern die Trägerfrequenz durch einen gesonderten
Generator erzeugt. Zur Regelung der Trägerfreqenz an diesem Generator wird das Ausgangssignal
eines phasengesteuerten Gleichrichters verwendet, der die Phasen der vom photoelektrischen
Empfänger und von einem Durchlaufgenerator herrührenden Frequenz miteinander vergleicht,
wobei die Trägerfrequenz mit der Frequenz des Durchlaufgenerators moduliert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Erzeugung der Trägerfrequenz
einen besonderen Generator überflüssig zu machen.
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Zum Lösen dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die
hochfrequenten Schwingungen für die Erzeugung des die Quantenübergänge anregenden
magnetischen Hochfrequenzfeldes durch Selbsterregung erzeugt werden, indem aus dem
Ausgangssignal des photoelektrischen Empfängers diese Frequenz in einem Verstärker
selektiv verstärkt wird, darauf über einen Phasenschieber dem vom Niederfrequenzgenerator
beaufschlagten Frequenzmödulator und vom Ausgang dieses Frequenzmodulatörs der Feldspule
für die hochfrequente magnetische Erregung des Modulators zugeführt wird und däß
der Phasenschieber von der Ausgangsspannung des von den beiden Niederfrequenzschwingungen
beaufschlagten Phasendiskriminators gesteuert wird.
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Der Grundgedanke, von dem die Erfindung ausgeht, liegt dabei darin,
das Ausgangssignal in seinen niederfrequenten und in seinen hochfrequenten Teil
zu spalten und den hochfrequenten Teil zur Aufrechterhaltung der Schwingung und
den niederfrequenten Teil zur Einstellung der Phasenlage zu verwenden. Um zu gewährleisten,
daß die Phasenbedingung zur Aufrechterhaltung einer Schwingung genau bei der Resonanzfrequenz
f. erfüllt ist, wird durch den Phasenschieber diese Phase so lange verschoben, bis
die Phasenlage des Niederfrequenzgenerators gleich der Phasenlage derselben Modulationsfrequenz
am Ausgang des photoelektrischen Empfängers ist. Diese Bedingung ist dann erfüllt,
wenn der Mittelwert der übertragenen Lichtintensität ein Minimum hat und damit die
Phasenverschiebung des Lichtes beim Hindurchtreten durch das Medium Null ist.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Von den Figuren
zeigt F i g. 1 ein allgemeines Blockschaltbild eines durch Quantenübergänge gesteuerten
Schwingungserzeugers unter Anwendung optischer Anzeigemittel, F i g. 2 die Abhängigkeit
bestimmter Phasenverhältnisse und bestimmter Amplitudenverhältnisse in einem Schwingungserzeuger
gemäß F i g. 1, F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Resonanzmagnetometers gemäß der
Erfindung, F i g. 3 a eine Abwandlung der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform,
F i g. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetometers, bei
der der Schwingungserzeuger eine Mehrzahl Gaszellen aufweist,
F
i g. 5 eine weitere Ausführungsform eines Magnetometers gemäß der Erfindung, bei
der eine optisch gesteuerte Resonanz ausgenutzt wird, F i g. 6 eine weitere Ausführungsform
eines Magnetometers gemäß der Erfindung, bei der sowohl eine optisch beeinflußte
Resonanz als auch eine direkte Resonanz ausgenutzt wird.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung durchsetzt die optische
Strahlung einer Lampe ein absorbierendes Medium 2, welches quantenmechanische charakteristische
magnetische Resonanzübergangsfrequenzen aufweist; 3 ist eine Fotozelle. Die Fotozelle
erzeugt einen Strom, der dem Medium über den Rückkopplungszweig 4 in Form eines
magnetischen Feldes Hl zugeführt wird. Irgendeine Frequenzkomponente in dem Ausgangssignal
der Fotozelle, welche ein Feld Hl bei der magnetischen Resonanzfrequenz des Mediums
erzeugt, verursacht kohärente übergänge in dem Medium, durch welche die Intensität
der optischen Strahlung moduliert wird. Die Frequenz dieser Intensitätsmodulation
ist durch die Frequenz der Übergänge des Mediums bestimmt und kann beispielsweise
bei der Übergangsfrequenz oder bei einer linear davon abhängenden Frequenz liegen.
Die Intensitätsmodulation erzeugt ein Signal im Ausgangskreis der Fotozelle 3 bei
einer Frequenz, welche in Form eines magnetischen Wechselfeldes dem Medium wieder
zugeführt wird, und zwar ist die Frequenz derart, daß die Resonanzübergänge aufrechterhalten
werden. Dieser Vorgang ist regenerativ, und die Anordnung befindet sich im Zustand
der Selbsterregung von Schwingungen bei der Resonanzfrequenz.
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Bei jedem Oszillator muß im Endergebnis die Phasenverschiebung Null
sich in der geschlossenen Rückkopplungsschleife 2, 3, 4 bei der Schwingungsfrequenz
ergeben. Wenn in irgendeinem Schaltungselement die Phasenverschiebung sich in geringer
Weise so ändert, daß genau bei der Resonanzübergangsfrequenz die Phasenverschiebung
nicht Null ist, so muß die Phasenverschiebung zwischen dem magnetischen Wechselfeld
Hl, welches zur Einwirkung auf die Substanz 2 gebracht wird und die Intensitätsmodulation
des Lichtes, welches den Fotodetektor 3 erregt, einer kompensierenden Änderung unterliegen,
damit bei einer geringfügig unterschiedlichen Frequenz die Aufrechterhaltung der
Schwingungen sich ergeben kann. Man erkennt dies in einfacher Weise aus der Darstellung
der F i g. z. Bei der genauen Resonanzfrequenz fo soll die Phase bei dem Bezugswert
(ho liegen. Wenn eine geringe Phasenverschiebung auftritt, so führt die kompensierende
Phasenänderung d (I), bei der die Schwingungen aufrechterhalten werden, notwendigerweise
zu einer Verschiebung der Schwingungsfrequenz um den Frequenzwert 9 f, so daß sich
die Frequenz f ergibt.
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Unter praktischen Verhältnissen kann eine derartige Phasenverschiebung
bedingt sein durch eine Änderung in der räumlichen Orientierung des Lichtstrahles
oder durch Frequenzbereichänderungen der Phasencharakteristik des Fotodetektors
und des Rückkopplungskreises. Wenn beispielsweise die Schwingungsfrequenz als Maß
für die Messung eines magnetischen Feldes dient, so ergibt sich die erstgenannte
Phasenverschiebung als ein Richtungsfehler (eine scheinbare Änderung der Feldintensität,
wenn der Lichtstrahl in einem Feld konstanter Intensität gedreht wird) und die zweite
Art der Phasenverschiebung hat eine nichtlineare Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz
von der Feldintensität zur Folge und bedingt dadurch eine besondere Eichung des
Instrumentes.
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Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten dadurch, daß in der
Rückkopplungsschleife veränderbare Phasenmittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit
von der mittleren Intensität der optischen Strahlung, welche das verwendete Medium
durchsetzt, gesteuert werden. Man erkennt aus der gestrichelten Kurve in F i g.
2, daß die mittlere Lichtintensität, welche an dem Fotodetektor 3 auftritt, ein
scharfes Minimum oder in anderen Fällen ein scharfes Maximum bei der mittleren Resonanzfrequenz
fo hat. Wenn daher Phasenverschiebungsmittel so geregelt werden, daß ein Minimum
der Intensität des hindurchgelassenen Lichtes sich ergibt, so findet die Erzeugung
von Schwingungen genau bei der Resonanzfrequenz statt.
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Ein erfindungsgemäßer Schwingungserzeuger ist in F i g. 3 dargestellt,
in der die Lampe 1 die optische Resonanzstrahlung eines Alkalimetalls erzeugt
und die Gaszelle 2 mit einem Dampf desselben Alkalimetalls, zweckmäßigerweise bei
Anwesenheit eines inerten Puffergases, gefüllt ist. Unter Anwendung eines in der
Figur nicht dargestellten optischen Systems werden die von der Lampe 1 gelieferten
Strahlen unter einem spitzen Winkel von etwa 45° in bezug auf ein äußeres Gleichfeld
Ho, beispielsweise in bezug auf das Erdfeld, gerichtet; die Strahlung durchsetzt
ein Interferenzfilter 5, welches die Linie D, (S112 #, P.3/,) aus der Resonanzstrahlung
entfernt; darauf durchsetzt das Licht den Zirkularpolarisatör 6, bevor es die Gaszelle
2 durchsetzt, in der die Intensitätsmodulation stattfindet, und auf die Fotozelle
3 fällt. Da die polarisierte und gefilterte Strahlung in der Gaszelle nicht absorbiert
werden kann, wenn die Atome des Gases der Zelle sich in einem magnetischen Energie-Unterniveau
befinden, in welchem die magnetischen Momente der Atome in einer bestimmten Richtung
in bezug auf das Feld Ho gerichtet sind, ergibt es sich, daß in der Gaszelle ein
magnetisches Moment, d. h. eine Magnetisierung, sich durch einen Prozeß ausbildet,
der als optisches Pumpen bezeichnet wird; es werden dabei die Atome in den absorbierenden
Unterniveaus in ein optisch angeregtes Niveau angehoben und fallen dann in das nicht
absorbierende Unterniveau zurück.
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Eine Spule 7 umgibt die Gaszelle 2 und liefert darin ein magnetisches
Wechselfeld. Wenn die Frequenz dieses Feldes mit der Frequenztrennung zwischen den
magnetischen Unterniveaus zusammenfällt, werden kohärente Übergänge induziert, welche
als eine Präzession des sich ergebenden magnetischen Momentes der Gaszelle um das
Feld Ho bei der Übergangsfrequenz aufgefaßt werden können. Das magnetische Moment
hat eine Komponente, welche abwechselnd in eine Richtung und dann in eine andere
Richtung in bezug auf die optische Achse des Strahles gerichtet ist, so daß die
Atome in den übermäßig besetzten Unterniveaus abwechselnd absorbierend und nicht
absorbierend werden. Dementsprechend erhält das die Gaszelle durchsetzende Licht
eine Intensitätsmodulation bei der Präzessionsfrequenz bzw. der Übergangsfrequenz.
Diese Intensitätsmodulation erzeugt ein Signal in der Fotozelle bei der Präzessionsfrequenz,
welche in dem Verstärker 8 verstärkt und in Form eines magnetischen Wechselfeldes
der
Spule 7 zugeführt wird; das magnetische Wechselfeld bewirkt erzwungene Präzessionen
und dadurch sich selbst unterhaltende Schwingungen bei der Präzessionsfrequenz.
Diese Frequenz wird durch eine geeignete Vorrichtung 9, die eine Anzeige für die
Intensität des Feldes Ho bildet, zur Anzeige gebracht. Beispielsweise ist die Resonanzpräzessionsfrequenz
to in Rubidiumdampf zwischen 4,66 Hz pro Gauß Feldintensität bei Anwendung von angereichertem
Rb85-Isotop und 7,00 Hz pro Gauß bei angereichertem Rbg7-Isotop.
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Der Rückkopplungszweig umfaßt ferner einen elektronisch regelbaren
Phasenschieber 10 und einen Phasenmodulator 11. Unter praktischen Verhältnissen
liefert die Funktionen der mit 10 und 11 im Schaltungsschema bezeichneten Stufen
dieselbe steuerbare Phasenvorrichtung. Es sind verschiedene derartige Phasenregelungsstufen
bekannt, welche eine oder beide Funktionen der Stufen 10 und 11 zu erfüllen gestatten.
Der Phasenmodulator 11 wird bei einer niedrigen Frequenz, beispielsweise bei einer
Niederfrequenz, die der Generator 12 erzeugt, betrieben und liefert eine geringe
Modulation 8 der Phasenverschiebung in der das Gas enthaltenden Zelle, die zur Aufrechterhaltung
der Schwingungen erforderlich ist. Wie man aus F i g. 2 erkennt, ergibt sich eine
Frequenzmodulation ö f der Schwingung f und eine Intensitätsmodulation
dl der Intensität des die Fotozelle 3 erreichenden Lichtes. Die Intensitätsmodulation
81,
welche bei der Frequenz des Generators 12 erfolgt, hat eine Amplitude,
die mit zunehmender Abweichung .der mittleren Schwingungsfrequenz gegenüber der
Resonanzfrequenz to zunimmt, und eine Phase, die sich umkehrt, wenn die Frequenzabweichung
von der einen Seite relativ zur Resonanzfrequenz zur anderen Seite übergeht. Es
wird auf diese Weise ein Niederfrequenzsignal im Stromkreis der Fotozelle erzeugt,
welches durch den Verstärker 13 verstärkt wird und einem Phasendetektor 14 zugeführt
wird, der von dem Generator 12 eine Bezugs- , frequenz erhält. Das Ausgangssignal
des Phasendetektors ist dann ein Gleichstromsignal des geeigneten Vorzeichens bzw.
der entsprechenden Phase und steuert die Phasenverschiebungsstufe 10 in einer solchen
Weise, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 13 verschwindet, wodurch sichergestellt
wird, daß die Schwingungsfrequenz f auf die Resonanzfrequenz f o fällt.
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Um eine möglichst geringe Abhängigkeit von der Aufstellung zu erhalten,
ist die Spule 7 koaxial zu dem Lichtstrahl gewickelt. In diesem Fall ist die Resonanz-Phasenverschiebung
00 in der gasgefüllten Zelle 90°, und die Fotozelle 3, der Verstärker 8 und
die Phasenverschiebungsstufe 10 bilden zusammen das kompensierende 90°-Phasenverschiebungsnetzwerk,
welches dafür Sorge trägt, daß insgesamt die Phasenverschiebung Null für die Schwingungserzeugung
bei der Frequenz to vorliegt.
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Es ist zu beachten, daß die Lampe in F i g. 3 zwei Funktionen erfüllt,
nämlich den optischen Pumpanregungsvorgang des Dampfes in der Gaszelle 2 zu bewirken
und ferner eine Anzeige für die Präzession des magnetischen Momentes in der Zelle
zu bilden. Die Pumpwirkungsweise geht auf die Komponente der Fortpflanzungsrichtung
des Lichtes parallel zum Feld Ho zurück, und die Anzeigefunktion beruht auf der
Komponente der Fortpflanzungsrichtung unter einem rechten Winkel dazu. Es kann gegebenenfalls
für jede dieser beiden Funktionen ein getrennter Strahl und eine getrennte Fotozelle
zur Anwendung gelangen, wie F i g. 3 a zeigt.
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F i g. 4 zeigt die Ausführungsform eines Magnetometers, bei dem in
entgegengesetzten Richtungen optische Strahlen durch getrennte gasgefüllte Zellen
2 geleitet werden. Die Intensitätsmodulation, die sich in jeder gasgefüllten Zelle
ergibt, wird über Kreuz jeweils der Spule 7 zugeführt, welche die gegenüberliegende
gasgefüllte Zelle umgibt, um einen Rückkopplungskreis zu bilden. Eine derartige
über Kreuz gekoppelte Rückkopplungsschaltung ist in der deutschen Patentschrift
1226 201 beschrieben und hat den Vorteil, daß die Generatorschaltung weiter im Schwingungszustand
bleibt, wenn das Gerät von der einen magnetischen Halbkugel der Erde in die andere
gebracht wird; weiter verringert eine solche Schaltung Richtungsfehler, die sich
aus Asymmetrien der Resonanzlinie ergeben. Eine Phasenverschiebungsstufe 10 und
ein Phasenmodulator 11 sind symmetrisch in Reihe mit jeder Spule 7 vorgesehen. Bei
einer einfacheren, jedoch weniger empfindlichen Schaltung würde das eine Stufenpaar
10,11 in Fortfall gelangen.
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Die im vorstehenden erörterten Ausführungsformen der Erfindung führen
alle zu induzierten kohärenten Übergängen durch Anwendung eines magnetischen Wechselfeldes
auf ein Medium, welches bei der Übergangsfrequenz moduliert wird. Derartige übergänge
können auch dadurch induziert werden, daß die Intensität der beleuchtenden Lichtquelle
mit der Übergangsfrequenz moduliert wird; im einzelnen sind diese Erscheinungen
in den Physical Review Letters 280 und 623 vom 15. 3. 1961 bzw. 1. 6. 1961 (Physical
Review 6) und in der deutschen Patentschrift 1206 083 beschrieben. Ein Schwingungserzeuger
dieser Art, welcher eine optisch erregte Resonanz ausnutzt, ist in F i g. 5 beschrieben.
In F i g. 5 wird die Strahlung der Lampe 1 vor dem Auftreffen auf die gasgefüllte
Zelle 2 durch eine Vorrichtung 15 moduliert, welche beispielsweise ein mechanischer
Lichtunterbrecher sein kann oder aus einem Stromkreis bestehen kann, welcher die
Erregung der Lampel steuert; es handelt sich dabei zweckmäßigerweise um eine Strahlung,
welche unter einem rechten Winkel zur Feldstärke H, gerichtet ist, wenn kein Signal
direkt der Gaszelle zugeführt wird. Eine Komponente der Intensitätsmodulation, die
bei der magnetischen Resonanzfrequenz liegt, hat einen Einfluß auf die kohärenten
Übergänge in der gasgefüllten Zelle 2. Diese Übergänge wiederum verursachen eine
Intensitätsmodulation bei der Übergangs- bzw. Präzessionsfrequenz to und ferner
bei der doppelten Frequenz 2 f.. Die Anzeige der f.-Komponente ist im allgemeinen
nicht zweckmäßig, da der starke überdeckende Einfluß der Modulation der Lampe die
Anwendung besonderer Brückenschaltungen erforderlich macht. Aus diesem Grund wird
bei der Anordnung gemäß F i g. 5 die 2 f.-Komponente zur Ausnutzung gebracht und
selektiv im Verstärker 8 verstärkt. Die Frequenz dieses Signals wird in der Frequenzteilerstufe
16 halbiert und über die Phasenverschiebungsstufe 10 und die Modulationsstufe 11
der zur Modulation des Lichtstrahles vorgesehenen Stufe 15 bei der Frequenz fo zugeführt;
dadurch werden die Schwingungen aufrechterhalten. Wie im vorausgehenden Beispiel
wird die Schwingungsfrequenz bei der Frequenz to dadurch stabilisiert, daß
ein steuernder,
mit einer Niederfrequenz arbeitender Stromkreis
12,11,13,14,10 vorgesehen ist.
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F i g. 6 zeigt die Ausführung eines Schwingungserzeugers, bei dem
die Übergänge dadurch induziert werden, daß ein Wechselstromsignal sowohl einer
Stufe zur Modulation des optischen Strahles als auch direkt der Gaszelle zugeführt
wird. Wie in der vorstehend erwähnten deutschen Patentschrift 1206 083 dargelegt
ist, ergibt sich, wenn die Intensitätsmodulation des optischen Strahles bei der
Frequenz f1 erfolgt und ein Signal einer zweiten Frequenz f2 direkt der gasgefüllten
Zelle zugeführt wird und beide Frequenzen f1 und f2 in der Nähe der Resonanz liegen,
jedoch ungefähr drei Linienbreiten oder weniger von der Frequenz f o entfernt liegen,
daß der Strom der Fotozelle eine Komponente der Differenzfrequenz f1 - f2
aufweist. Diese Komponente wird über den Verstärker 17 einer Mischstufe
18 zugeführt, wo eine Mischung mit einer Schwingung stattfindet, die der
die optische Strahlung modulierende Generator 19 liefert. Das Ausgangssignal
der Stufe 18 hat die Frequenz 12, so daß die Rückkopplungsbedingung zur Erzeugung
von Schwingungen erfüllt ist. Es kann entweder die Schwingungsfrequenz f2 oder die
Signalfrequenz f1 - f2 des von der Fotozelle gelieferten Signals der Wiedergabevorrichtung
9 zugeführt werden.
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Im vorliegenden Fall wird die Rückkopplungsschleife durch die auf
niedriger Frequenz arbeitende Rückkopplungsschleife 12,11,13,14,10 gesteuert,
und dadurch findet eine Stabilisierung der Schwingungsfrequenz f2 bei der Resonanzfrequenz
fo statt. Es kann indessen auch der stabile Generator 19 benutzt werden, um die
Frequenz f2 der gasgefüllten Zelle zuzuführen, und in diesem Fall besteht der die
Schwingungserzeugung steuernde Rückkopplungszweig aus den die Frequenz f1 der Modulationsstufe
liefernden Stufen, wobei in diesem Fall die Frequenz f1 auf die Resonanzfrequenz
f. stabilisiert wird.
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Eine wichtige Eigenschaft der in F i g. 6 dargestellten Schaltung
liegt darin, daß die Fotozelle nur auf eine Differenzfrequenz anzusprechen hat.
Dies ist besonders dann von Wichtigkeit, wenn die Resonanzfrequenz sehr hoch ist
und es daher schwierig ist, eine Fotozelle anzuwenden, welche bei dieser Frequenz
den Schwankungen der Lichtintensität folgt. Die in F i g. 6 dargestellte Schaltung
eignet sich insbesondere zur Verwendung mit metastabilen 2,3 Si-Heliumatomen
in der gasgefüllten Zelle 2, wobei die magnetische Resonanzfrequenz dieser Atome
28 Hz je Gauß ist. Eine Stufe 20 dient dem Zweck, die Heliumgasatome der
Zelle 2 in den metastabilen Zustand zu bringen, und in diesem Fall entfällt
das üblicherweise verwendete Interferenzfilter, welches bei Ausnutzung der optischen
Resonanzstrahlung von Alkaliatomen angewendet wird, wenn es sich um die Helium-Resonanzstrahlung
der Heliumlampe 1
handelt. Es ist darauf zu verweisen, daß im allgemeinen
die Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit Alkali-Metalldampf vorstehend erörtert
wurden, auch unter Anwendung von Heliumgas bei entsprechender Abänderung benutzt
werden können.