DE1289134B - Durch optische Quantenuebergaenge gesteuerter Schwingungserzeuger - Google Patents

Durch optische Quantenuebergaenge gesteuerter Schwingungserzeuger

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DE1289134B
DE1289134B DEV23676A DEV0023676A DE1289134B DE 1289134 B DE1289134 B DE 1289134B DE V23676 A DEV23676 A DE V23676A DE V0023676 A DEV0023676 A DE V0023676A DE 1289134 B DE1289134 B DE 1289134B
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Erzeugung der Trägerfrequenz einen besonderen Generator überflüssig zu machen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Durch optische Quantenübergänge gesteuerter Schwingungserzeuger, 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 fotoelektrischer 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 vorn fotoelektrischen Empfänger aufgenommenen und verstärkten Signals mit der Niederfrequenz aus dem Niederfrequenzgenerator in einem Phasendiskriminator ein Signal abgeleitet wird, das zur Regelung der Trägerfrequenz des hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequenten Schwingungen für die Erzeugung des die Quantenübergänge anregenden magnetischen Hochfrequenzfeldes durch Selbsterregung erzeugt werden, indem aus dem Ausgangssignal des photoelektrischen Empfängers (3) diese Frequenz (f.) in einem Verstärker (8) selektiv verstärkt wird, darauf über einen Phasenschieber (1.0) dem vom Niederfrequenzgenerator (12) beaufschlagten Frequenzmodulator (11) und vom Ausgang dieses Frequenzrnodulators (11) der Feldspule (7) für die hochfrequente magnetische Erregung des Modulators zugeführt wird, und daß der Phasenschieber (10) von der Ausgangsspannung des von den beiden Niederfrequenzschwingungen beaufschlagten Phasendiskriminators (14) gesteuert wird.
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