JP2017527772A - 原子センサ・システムにおける磁場トリム - Google Patents
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Abstract
Description
され得る。拡散および光ポンピング効果に基づき、蒸気セルの壁におけるアルカリ金属原子のこの減偏極によって、アルカリ金属分極勾配が生じ得る。さらに、蒸気セルの壁におけるアルカリ金属原子の減偏極によって、蒸気セルの壁の近くでの光ポンプ・ビーム光子の吸収率が、蒸気セルの中心側よりも大きくなり得る。
ムOPTPMPは、原子センサ・システム10の感度軸とほぼ平行に(例えば、同一線上に)提供され得る。例えば、原子磁力計として構成されている原子センサ・システム10の例において外部磁場の大きさを計算するため、または、NMRジャイロスコープとして構成されている原子センサ・システム10の例において感度軸周りの回転を計算するために、光プローブ・ビーム(図示せず)が、光ポンプ・ビームOPTPMPに直交するように蒸気セル14を通じるよう同様に提供され得る。光ポンプ・ビームOPTPMPは、蒸気セル14におけるアルカリ金属原子をスピン偏極させるように構成され得る。
うに、選択され得る。
うちの陰影が濃い部分ほど磁場強度が強く、また、磁場勾配252および254のうちの陰影が薄い部分ほど磁場強度が弱いことを示す。
リム・システム304に対して第1の磁場トリム・システム302に関して異なっていてもよい。図7の例では、第1の磁場トリム・システム304における第1および第2のコイル312、314は、蒸気セル302の第1の端部316の近くに配置され、かつ、距離D4だけオフセットしている。同様に、第2の磁場トリム・システム306における第1および第2のコイル312、314は、蒸気セル302の第2の端部318の近くに配置され、かつ、距離D5だけオフセットしている。第1および第2の端部316、318に対する第1および第2のコイル312、314の位置は、例えば、それぞれ、距離D4の間および距離D5の間としてよく、または、距離D4およびD5の範囲の外側としてもよい。
場勾配354は、蒸気セル302の第1の端部316に関する局所磁場勾配を打ち消すように第1の磁場トリム・システム304によって生成されることが、理解されるべきである。したがって、第2の磁場トリム・システム306によって生成される磁場勾配は、蒸気セル302の中心に位置しかつX−Y面に平行な平面に関して、磁場勾配354のおおよその鏡像になるように生成され得る。したがって、第2の磁場トリム・システム306によって生成される磁場勾配は、例えば、蒸気セル302の中心に位置しかつX−Y面に平行な平面に関する磁場勾配352のおおよその鏡像である、蒸気セル302の第2の端部318に関する局所磁場勾配を実質的に打ち消すことができる。
Claims (20)
- ある体積領域に磁場を生成するように構成されている磁場生成装置と、
前記体積領域内に配置され、かつ、偏極されるアルカリ金属蒸気を含む蒸気セルと、
前記蒸気セル内に前記磁場とは別に磁場勾配を生成することにより、前記蒸気セル内に実質的に一様な合成磁場を提供するように構成されている、少なくとも1つの磁場トリム・システムと、を備える原子センサ・システム。 - 光ポンプ・ビームを生成するように構成されているポンプ・レーザをさらに備え、前記アルカリ金属蒸気が、前記蒸気セル内において局所磁場を生成するように前記光ポンプ・ビームに応じてスピン偏極され、前記磁場勾配が、前記局所磁場と実質的に等しくかつ反対である、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの磁場トリム・システムが、
前記蒸気セルの少なくとも1つの内部サイド・エッジの近くに最大強度を有しかつ該少なくとも1つの内部サイド・エッジから離れると低下する第1の磁場勾配を生成するように構成されている、第1の磁場トリム・システムと、
前記光ポンプ・ビームに直交する前記蒸気セルの第1の端部の内部エッジにおいて最大強度を有しかつ前記蒸気セルの前記第1の端部の前記内部エッジから離れると低下する第2の磁場勾配を生成するように構成されている、第2の磁場トリム・システムと、
前記第1の端部とは反対側の前記蒸気セルの第2の端部の内部エッジにおいて最大強度を有しかつ前記蒸気セルの前記第2の端部の前記内部エッジから離れると低下する第3の磁場勾配を生成するように構成されている、第3の磁場トリム・システムと、を備える請求項2に記載のシステム。 - 光ポンプ・ビームを生成するように構成されているポンプ・レーザをさらに備え、前記少なくとも1つの磁場トリム・システムは第1のコイルおよび第2のコイルを備え、該第1のコイルおよび該第2のコイルは、互いに対して同軸かつ直列に配置され、前記磁場勾配を生成するために電流を伝導するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1および第2のコイルが、互いに対して平面状に配置され、かつ、互いに対して反対方向に前記電流を伝導するように構成され、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルのうちの少なくとも1つが、前記蒸気セルの内部エッジにおいて最大強度を有しかつ前記内部エッジから離れると低下するように前記磁場勾配を生成するために、前記蒸気セルの断面の幾何形状と実質的に一致する幾何形状を有する、請求項4に記載のシステム。
- 前記蒸気セルが、前記光ポンプ・ビームの伝播に直交するほぼ正方形の断面を有し、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルが、前記光ポンプ・ビームが入射する前記蒸気セルの第1の端部に対して平面状に配置され、前記第1および第2のコイルが、前記蒸気セルの前記第1の端部の各隅部において最大強度を有しかつ前記蒸気セル内において前記第1の端部の各隅部から離れると低下する前記磁場勾配を生成するように協働する、請求項4に記載のシステム。
- 前記第1のコイルおよび前記第2のコイルが、前記光ポンプ・ビームのほぼガウシアンの断面の強度に応じて、前記蒸気セルの断面中心において最小強度を有しかつ内部エッジに向かって増大するように前記磁場勾配を生成するよう協働するべくさらに構成されている、請求項4に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの磁場トリム・システムのそれぞれの前記第1のコイルおよび前記第2のコイルが、所定の距離だけオフセットされている平行な平面に配置され、該平面は
、前記蒸気セルの第1の端部および前記蒸気セルの第2の端部のうちの少なくとも1つの近くにそれぞれ位置しており、前記第1および第2のコイルは、第1の磁場および第2の磁場をそれぞれ生成するように構成され、前記第2の磁場よりも大きい磁束密度を有する前記第1の磁場と、前記第1の磁場よりも大きい磁気モーメントを有する前記第2の磁場とに基づいて、前記磁場勾配を生成するように協働する、請求項4に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つの磁場トリム・システムのそれぞれの前記第1のコイルおよび前記第2のコイルが、前記蒸気セルの前記第1および第2の端部のうちの対応する1つにおいて最大強度を有しかつ前記蒸気セルの前記第1および第2の端部のうちの該対応する1つから離れると低下するように前記磁場勾配を生成するよう配置される、請求項8に記載のシステム。
- 請求項1に記載の前記原子センサ・システムを備える、NMRジャイロスコープ・システム、原子磁力計システム、および加速度計システムのうちの少なくとも1つ。
- 原子センサ・システムの蒸気セルにおいて実質的に一様な合成磁場を生成するための方法であって、
円偏光した光ポンプ・ビームをポンプ・レーザによって生成する工程と、
前記光ポンプ・ビームに応じてスピン偏極されるアルカリ金属蒸気を含む前記蒸気セルを包含する体積領域に磁場を生成する工程と、
前記蒸気セル内において局所磁場が生成される工程と、
前記磁場とは別に前記蒸気セル内に少なくとも1つの磁場勾配を生成する工程であって、前記蒸気セルにおいて前記実質的に一様な合成磁場を提供するべく、前記磁場勾配は、前記局所磁場と実質的に等しくかつ反対の強度を有する前記工程と、を備える方法。 - 前記磁場勾配を生成する工程が、前記蒸気セルの少なくとも1つの内部サイド・エッジの近くに最大強度を有しかつ該少なくとも1つの内部サイド・エッジから離れると低下する前記磁場勾配を生成する工程を備える、請求項11に記載の方法。
- 第1のコイルおよび第2のコイルが、前記光ポンプ・ビームのほぼガウシアンの断面の強度に応じて、前記蒸気セルの断面中心において最小強度を有しかつ内部エッジに向かって増大するように前記磁場勾配を生成するよう協働するべくさらに構成されている、請求項12に記載の方法。
- 前記磁場勾配を生成する工程が、前記光ポンプ・ビームに直交する前記蒸気セルの第1の端部の内部エッジにおいて最大強度を有しかつ前記蒸気セルの前記第1の端部の前記内部エッジから離れると低下する前記磁場勾配を生成する工程を備える、請求項11に記載の方法。
- 前記磁場勾配が第1の磁場勾配であり、前記磁場勾配を生成する工程が、前記第1の端部とは反対側の前記蒸気セルの第2の端部の内部エッジにおいて最大強度を有しかつ前記蒸気セルの前記第2の端部の前記内部エッジから離れると低下する第2の磁場勾配を生成する工程をさらに備える、請求項14に記載の方法。
- 前記磁場勾配を生成する工程が、互いに対して同軸かつ直列に配置されている第1のコイルおよび第2のコイルに対し、互いに対して反対方向に電流を提供する工程を備える、請求項11に記載の方法。
- 光ポンプ・ビームを生成するように構成されているポンプ・レーザと、
ある体積領域に磁場を生成するように構成されている磁場生成装置と、
前記体積領域内に配置され、かつ、前記光ポンプ・ビームに応じてスピン偏極されるアルカリ金属蒸気を含む、蒸気セルと、
該蒸気セルの少なくとも1つの内部サイド・エッジの近くに最大強度を有しかつ該少なくとも1つの内部サイド・エッジから離れると低下する第1の磁場勾配を前記磁場から独立して生成するように構成されている、第1の磁場トリム・システムと、
前記光ポンプ・ビームに直交する前記蒸気セルの第1の端部の内部エッジにおいて最大強度を有しかつ前記蒸気セルの前記第1の端部の前記内部エッジから離れると低下する第2の磁場勾配を前記磁場から独立して生成するように構成されている、第2の磁場トリム・システムと、
前記第1の端部とは反対側の前記蒸気セルの第2の端部の内部エッジにおいて最大強度を有しかつ前記蒸気セルの前記第2の端部の前記内部エッジから離れると低下する第3の磁場勾配を前記磁場から独立して生成するように構成されている、第3の磁場トリム・システムと、を備える原子センサ・システム。 - 前記アルカリ金属蒸気の前記スピン偏極によって前記蒸気セル内において局所磁場が生成され、前記第1、第2、および第3の磁場勾配が、前記局所磁場と実質的に等しくかつ反対の合成強度を有するように生成される、請求項17に記載のシステム。
- 前記第1の磁場トリム・システムが、互いに対して同軸、同一平面、かつ直列に配置されている第1のコイルおよび第2のコイルを備え、該第1のコイルおよび該第2のコイルは反対方向に電流を伝導して前記第1の磁場勾配を生成するように構成されている、請求項17に記載のシステム。
- 前記第2および第3の磁場トリム・システムのそれぞれが、互いに対して平行な平面において直列に配置されている第1のコイルおよび第2のコイルを備え、前記平面のそれぞれが前記光ポンプ・ビームに直交しかつ所定の距離だけオフセットされ、前記第1および第2のコイルは反対方向に電流を伝導して前記第2および第3の磁場勾配のそれぞれを生成するように構成されており、前記第2の磁場トリム・システムが、前記蒸気セルの第1の端部に配置され、前記第3の磁場トリム・システムが、前記蒸気セルの第2の端部に配置され、前記第2および第3の磁場トリム・システムのそれぞれにおける前記第1および第2のコイルは、第1の磁場および第2の磁場をそれぞれ生成するように構成され、前記第2の磁場よりも大きい磁束密度を有する前記第1の磁場と、前記第1の磁場よりも大きい磁気モーメントを有する前記第2の磁場とに基づいて、前記第2および第3の磁場勾配のそれぞれを生成するように協働する、請求項17に記載のシステム。
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