JP5707021B2 - 磁場計測装置 - Google Patents
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Description
2つの各計測から得られる磁気共鳴スペクトルの線幅(Δf)と磁気共鳴信号のSN比(SN)の比(Δf/SN)を、磁場検出感度の評価に利用する(APPLIED PHYSICS B 80, 645 (2005))。
実際に、個別の複数のセルに取り替えた場合の当該光ポンピング磁力計を性能評価する際や、複数のセルから構成されるマルチチャンネル型の光ポンピング磁力計を性能評価する際には、従来の手法では多大な時間を必要とする。さらに、性能評価を同時に行えないため、使用する光源の周波数変動、静磁場強度変動、当該セルに入る環境磁気ノイズ変動によって得られた性能評価結果に誤差が生じる危険性がある。
検出された前記磁気共鳴スペクトルのピーク値(Mi)と、ピーク値の半分の値での前記磁気共鳴スペクトルの線幅(半値半幅:Δf)との比であるMi/Δfの値を、前記光ポンピング磁力計の性能評価指数として利用する。前記光ポンピング磁力計の性能に影響するガスセル内の緩衝ガス条件やセル内壁のコートにおける前記ガスセル製造時の個体差やマルチチャンネルセンサーとして使用する際の各センサーの感度補正のために、前記性能指数を適用する。
上述した振動磁場周波数の掃引範囲が手動で設定される例を示したが、上記掃引範囲を自動で設定するようにしても良い。上記磁気共鳴スペクトルに対して参照データを用意しておき、計測データと参照データとを比較した結果を用いて上記掃引範囲を設定するようにしても良いし、計測データに所定の閾値を設けて当該閾値に基づいて範囲を設定するようにしても良い。
当該位相比較演算回路が算出した位相差は電圧として当該ロックインアンプ118から出力される。
その際に、当該ロックインアンプ118からの出力はADコンバータもしくはGPIBなどのインターフェースを用いてパーソナルコンピュータなどの情報機器に取り込まれる。
セルの温度に関しては、セルの保温温度によってセル内のアルカリ金属ガス密度が変化することが検出感度の変化に関与する。そのため、最初に保温温度を変えた場合の各ガラスセルおける各性能指数を計測し、性能指数の値が最も高くなり、かつ各性能指数の値におけるバラツキが小さい保温温度を決定する。通常、85Rb、87Rb、39Kのように融点が比較的高いアルカリ金属を使用したセルは、セル内で蒸気化するためにヒーターなどを用いて加熱する。一方、融点が約28℃と室温に近い133Csを使用したセルは、保温せずに室温でも使用できる。セルを保温する際に使用するヒーターは磁場を発生するので、セルに印加する静磁場や振動磁場を攪乱する危険性があることやその対策を要する。そのため、133Csを使用したセルは当該光ポンピング磁力計に特に利用しやすい。上記に述べた最適な保温温度を決定する際に、レーザーパワーはセル内のアルカリ金属原子が十分に光ポンピングされることを考えて、使用するアルカリ金属の飽和強度以下で使用する。最適な保温温度が決定したら、振動磁場強度を変化させることで性能指数の最適な条件を調べることで、当該光ポンピング磁力計を高感度にする条件を決定する。図4は室温で133Csが封入されたセルを用いて、当該ガスセルに印加する振動磁場強度BRFを変化させた際の従来手法による性能評価の結果(図4-A)と、本発明に性能評価の結果(図4-B)を表す。どちらの場合でも、ある振動磁場強度で性能指数が最大となり、振動磁場強度が低下する共通の結果が示された。また、図5では、実際にテストコイルから同じ強度の正弦波磁気信号を当該ガスセル114に与えた際に得られた当該光ポンピング磁力計の出力結果を示す。同じ強度の当該正弦波磁気信号であるにも関わらず、性能指数の値が大きい振動磁場強度の時ほど、出力が大きい結果が得られる。すなわち、本発明による性能評価は、従来の手法よりも迅速に結果が分かり、当該性能評価指数の大きさが当該光ポンピング磁力計の検出感度を反映する。
ガスセル114内に同封する緩衝ガスの条件について説明する。従来の手法で、当該ガスセル114内に希ガスや非磁性ガスを緩衝ガスとして同封することで、セル内壁とアルカリ金属原子との衝突を緩和させることで、当該光ポンピング磁力計の検出感度を向上させることが知られている。また、緩衝ガスを使用する代わりに、当該ガスセルの内壁を飽和炭化水素や水素化珪素などでコーティングすることで、当該光ポンピング磁力計の検出感度を向上させることも報告されている。コートしたセルはアルカリ金属原子と緩衝ガスとの衝突の影響が無いため、 磁場検出感度を向上させるための最も有力なセルである。しかしながら、当該ガスセルをコートする技術は容易でなく、製作されたガスセルは個体差が生じやすい。それに比べて、緩衝ガスを同封したガスセルはより製作しやすい。しかしながら、当該ガスセルのアルカリ金属原子と緩衝ガスとの最適な組み合わせや、最適な緩衝ガスの圧力は不明である。
Claims (3)
- アルカリ金属が封入された耐熱ガラス製もしくは石英ガラス製のセル、当該セルに静磁場を印加する静磁場印加用コイルからセンサー部が構成され、光ポンピング用のポンプ光と非吸収線のプローブ光を用いる光ポンピング磁力計において、当該セルを通過したプローブ光を検出する光検出器と、当該セルへポンプ光を照射する直前にチョッパと、当該チョッパからの信号を参照信号として当該光検出器からの信号を位相検波するロックインアンプを有し、当該チョッパから出力されるチョッパ周波数を掃引することで当該ロックインアンプの出力から得られる磁気共鳴スペクトルのピーク値と線幅との比を磁場検出感度の性能指数として算出する手段を備えることを特徴とする光ポンピング磁力計。
- 請求項1に記載の光ポンピング磁力計において、当該光ポンピング磁力計の最小磁場検出感度を向上させるために、当該光ポンピング磁力計におけるポンピング用の光源の波長を前記セル内のアルカリ金属のD1線とし、当該セルに同封する緩衝ガスは希ガスもしくは非磁性ガスの一種類のみを同封し、同封する当該緩衝ガスのガス圧は1 torr以上50 torr以下であることを特徴とする光ポンピング磁力計。
- 請求項1に記載の光ポンピング磁力計において、前記セルの内壁をパラフィンもしくはシランでコーティングしたものを使用することを特徴とする光ポンピング磁力計。
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