DE1295082B

DE1295082B - Absorptionszelle fuer optische Messungen an Resonanzlinien

Info

Publication number: DE1295082B
Application number: DEC28863A
Authority: DE
Inventors: Malnar Leon
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1962-01-10
Filing date: 1963-01-09
Publication date: 1969-05-14
Also published as: US3242423A; GB1036002A; FR1318738A

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptionszelle für optische Messungen an Resonanzlinien von gasförmigen, der Einwirkung eines magnetischen Gleichfeldes ausgesetzten Alkalimetallteilchen, bei denen die Zelle von polarisiertem Licht einer die Resonanzlinien des Alkalimetalls emittierenden, monochromatischen Anregungslichtquelle durchstrahlt wird, wobei die Absorptionszelle aus einem lichtdurchlässigen, gesättigten Alkalimetalldampf niedrigen Drucks enthaltenden Gefäß besteht, dessen den Absorptionsraum begrenzende Wände innen mit einer dünnen Paraffin- oder Silikonschicht überzogen sind.
Mit derartigen Absorptionszellen werden optisch die Resonanzlinien eines Alkalimetalldampfs im Hochfrequenzbereich untersucht. Dieser Dampf wird der Einwirkung eines gleichförmigen Magnetfeldes ausgesetzt. Unter der Einwirkung des polarisierten Lichtes der Anregungslichtquelle werden im Dampf in erheblichem Maß angeregte Atome erzeugt, deren magnetisches Moment parallel zum angelegten Magnetfeld verläuft. Es tritt jedoch ein erheblicher Nachteil auf, wenn nicht bei der Fertigung der Absorptionszelle besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.
Im gesättigten Dampf herrscht ein sehr geringer Druck. Unter diesen Bedingungen sind die freien Weglängen der Atome größer als die Abmessungen des Gefäßes, welches die Zelle bildet. Die Atome des Dampfes führen zahlreiche Stöße gegen die Wandung durch, was zur Folge hat, daß die durch die Anregungslichtquelle erzeugte gewünschte Orientierung der angeregten Teilchen zerstört wird.
Man hat ganz allgemein versucht, diesen Nachteil wenigstens teilweise zu beheben, indem man entweder in das Gefäß ein Edelgas, wie beispielsweise Argon, unter einem Partialdruck eingeleitet hat, der wesentlich größer ist als der des Dampfes oder indem man das Gefäß mit einer Paraffinschicht oder einer Silikonschicht überzogen hat, gegen die die Atome prallen können, ohne dadurch im erheblichen Umfang ihre Orientierung zu verlieren.
Diese Schicht muß sehr dünn sein, um die Transparenz der Absorptionszelle aufrechtzuerhalten.
Unter diesen Bedingungen ist es sehr schwierig, bestimmte Teile des Gefäßes, wie beispielsweise den Abschmelzansatz, mit dieser Schutzschicht gut zu beschichten.
Weiterhin kann man nicht auf einfache Weise die Stöße der Atome des gasförmigen Metalls gegen das feste Metall verhindern. Diese Stöße tragen auch erheblich zur Desorientierung der Atome des gasförmigen Metalls bei und demzufolge zur Verringerung der Leistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absorptionszelle zu schaffen, bei der Stöße der im Dampfform vorliegenden Alkalimetallatome mit den frei gelassenen, nicht beschichteten Wänden des Abschmelzansatzes sowie mit der Oberfläche des festen Metallvorrates weitgehend vermieden werden sollen, weil diese sonst zu Desorientierungen der angeregten Alkaliatome führen können.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Gefäß einen mit dem Absorptionsraum in Verbindung stehenden Behälter mit einem Vorrat an festem Alkalimetall sowie einen innen nicht beschichteten Abschmelzansatz aufweist, die beide als nach außen vorstehende Ausstülpungen der Gefäßwand ausgebildet und voneinander durch den Absorptions- raum getrennt sind, derart, daß Stöße der im Absorptionsraum im Dampfform befindlichen Alkalimetallatome mit den unbeschichteten Wandteilen des Abschmelzansatzes sowie mit der festen Vorratsmasse des Alkalimetalls weitgehend vermieden sind.
Mit Vorteil kann das Gefäß eine Symmetrieachse aufweisen, und der Vorratsbehälter für das Metall und der Abschmelzansatz können symmetrisch bezüglich dieser Achse angeordnet sein. Mit besonderem Vorteil kann dabei der Vorratsbehälter mit dem Gefäß über einen verengten Kanal in Verbindung stehen.
Außerdem kann es besonders vorteilhaft sein, daß das Gefäß die Form eines Drehkörpers aufweist.
Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Die Fig. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen perspektivische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele einer Absorptionszelle nach der Erfindung. In der Zeichnung ist F i g. 1 das den Absorptionsraum enthaltende Gefäß, F i g. 2 der Abschmelzansatz, über welchen Ansatz das Vakuum erzeugt wurde und der auch zur Einführung des Edelgases dient, Fig. 3 der Vorratsbehälter für das feste Alkalimetall, F i g. 4 der feste Alkalimetallvorrat.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform hat das Gefäß 1 Zylinderform, wobei der Vorratsbehälter 3 dem Abschmelzansatz 2 gegenüberliegend angeordnet ist. Der Vorratsbehälter 3 ist in bezug auf die Achse des Gefäßkörpers 1 symmetrisch zum Abschmelzansatz 2 angeordnet. Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Vorratsbehälter 3 derart gekrümmt oder abgebogen, daß das in diesem Vorratsbehälter angeordnete feste Metall 4 weitgehend vom Absorptionsraum getrennt liegt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Abschmelzzapfen2 die gleiche Form wie der Vorratsbehälter 3. Durch die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausbildung der Zelle ist es möglich, die Desorientierung der angeregten Atome des gasförmigen Metalls durch Stöße gegen das feste Vorratsmetall auszuschalten.
Außerdem ermöglicht es die Form des Vorratsbehälters eine erhebliche Menge von festem Metall als Vorrat in die Zelle einzubringen.
Bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen steht der Vorratsbehälter 4 mit dem eigentlichen Körper des Absorptionsraums im Gefäß 1 über einen engen Halsteil 5 in Verbindung, der gegebenenfalls als Kapillarkanal ausgebildet sein kann.
Diese Anordnung bietet auch den Vorteil, daß in einem erheblichen Maß die Desorientierung der angeregten Atome des gasförmigen Metalls durch Stöße gegen die Masse des festen Metalls ausgeschaltet ist.
Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gefäß 1, wie bei den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 und 2, eine zylindrische Form auf.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gefäß 1 dagegen eine sphärische oder kugelförmige Form auf. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Einfluß der Stöße der angeregten Atome gegen die Wandung des Gefäßes der Zelle herabgesetzt wird.
Die Zahl der Stöße ist proportional zur Oberfläche des Gefäßes, während bei einem gegebenen Druck die Anzahl der Atome proportional zum Volumen des Gefäßes ist.
Die Kugel ist diejenige geometrische Raumform, bei welcher das Verhältnis von Volumen zu innerer Oberfläche maximal ist. Daraus ergibt sich, daß der Koeffizient der Desorientierung der angeregten Atome durch Stöße gegen die Wandung bei der Kugelform minimal ist.
Bei den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Gefäß 1 der Zelle zylindrisch ausgebildet. Der Abschmelzansatz 2 und der Vorratsbehälter 3 sind in der Verlängerung des Zylinders angeordnet.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel steht der Vorratsbehälter 3, wie bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen, mit dem Absorptionsraum der Zelle über eine Kapillare 5 in Verbindung.
Die in den F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele weisen den Vorteil auf, daß es möglich ist, die Zelle mit minimalen Querabmessungen zu bauen.
Das angelegte Magnetfeld kann beispielsweise senkrecht zur Achse der Zelle verlaufen. Dabei kann die Zelle jede Stellung um eine zum Magnetfeld senkrechte Achse annehmen, ohne daß Schwierigkeiten wegen des Platzbedarfs auftreten.
Alle beschriebenen Zellen bestehen aus einer für das Licht der monochromatischen Anregungslichtquelle durchlässigen Gefäß und enthalten eine große Menge an festem Material im Vorratsbehälter.
Dabei ist die Desorientierung der angeregten Atome durch Stöße gegen nichtbeschichtete Glaswandteile, gegen den Abschmelzzapfen und gegen die Masse des festen Metalls weitgehend ausgeschaltet.
Patentansprüche: 1. Absorptionszelle für optische Messungen an Resonanzlinien von gasförmigen, der Einwirkung eines magnetischen Gleichfeldes ausgesetzten Alkalimetallteilchen, bei denen die Zelle von polarisiertem Licht einer die Resonanzlinien des Alkalimetalls emittierenden, monochromatischen Anregungslichtquelle durchstrahlt wird, wobei die Absorptionszelle aus einem lichtdurchlässigen, gesättigten Alkalimetalldampf niedrigen Drucks enthaltenden Gefäß besteht, dessen den Absorptionsraum begrenzende Wände innen mit einer dünnen Paraffin- oder Silikonschicht überzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß einen mit dem Absorptionsraum in Verbindung stehenden Behälter mit einem Vorrat an festem Alkalimetall sowie einen innen nicht beschichteten Abschmelzansatz aufweist, die beide als nach außen vorstehende Ausstülpungen der Gefäßwand ausgebildet und voneinander durch den Absorptionsraum getrennt sind, derart, daß Stöße der im Absorptionsraum in Dampfform befindlichen Alkalimetallatome mit den unbeschichteten Wandteilen des Abschmelzansatzes sowie mit der festen Vorratsmasse des Alkalimetalls weitgehend vermieden sind.

Claims

2. Absorptionszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß eine Symmetrieachse aufweist und daß der Vorratsbehälter für das Metall und der Abschmelzansatz symmetrisch bezüglich dieser Achse angeordnet sind.

3. Absorptionszelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter mit dem Gefäß über einen verengten Kanal in Verbindung steht.

4. Absorptionszelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß die Form eines Drehkörpers aufweist.