JP6290488B2 - センサシステムにおける光ポンプビーム制御 - Google Patents
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Description
[付記1]
センサシステムであって、
センサセル内に封入されたアルカリ金属蒸気を偏極させるためのポンプビームを生成するように構成されたポンプレーザを備えるセルシステムと、
プローブビームを生成するように構成されたプローブレーザを備え、印加磁場に応じた前記偏極したアルカリ金属蒸気の歳差運動による、前記センサセルを通過する前記プローブビームの特性に基づいて、少なくとも1つの測定可能パラメータを計算するように構成された検出システムと、
前記ポンプビームの周波数をパルス幅変調してパルス幅変調(PWM)ポンプビームを供給し、前記センサセルを通過する前記プローブビームの特性に基づいてフィードバック方式で前記PWMポンプビームのデューティサイクルを制御することにより前記アルカリ金属蒸気の偏極均一性を制御して前記少なくとも1つの測定可能パラメータに対するACシュタルクシフトの影響を低減するように構成されたポンプビーム制御システムと、
を備えるセンサシステム。
[付記2]
前記ポンプビーム制御システムは、前記センサセルを通過する前記プローブビームの特性に基づいて前記デューティサイクルを前記フィードバック方式で制御することにより、前記PWMポンプビームのパルス幅変調周期に対して前記ACシュタルクシフトの影響が実質的に等しくかつ反対となるデューティサイクルを維持するように構成されている、付記1に記載のセンサシステム。
[付記3]
前記ポンプビーム制御システムは、前記ポンプビームの周波数を前記PWMポンプビームのデューティサイクルに対応する第1周波数および第2周波数の各々に設定するように前記ポンプレーザに供給される電流を生成するように構成された安定化システムを備え、前記安定化システムは、前記電流の振幅を制御することにより前記プローブビームのファラデー回転に基づいて前記PWMポンプビームのデューティサイクルを設定するように構成されたPWMコントローラを備える、付記1に記載のセンサシステム。
[付記4]
前記ポンプレーザは、前記センサセルの内部において、前記プローブビームと実質的に同一平面上に前記ACシュタルクシフトの影響に相当する誘起された仮想磁場を生成するように、前記印加磁場に対して前記PWMポンプビームをオフセットされた角度で供給するように配向されており、前記誘起された仮想磁場は、前記プローブビームのファラデー回転を前記PWMポンプビームのデューティサイクルにほぼ等しくする、付記3に記載のセンサシステム。
[付記5]
前記安定化システムは、前記プローブビームのファラデー回転を前記PWMポンプビームのデューティサイクルにより復調することに基づいて前記デューティサイクルを制御することで、前記PWMポンプビームのデューティサイクルを、前記ACシュタルクシフトの影響が実質的に時間平均ゼロの大きさとなるデューティサイクルに実質的に維持するように構成されている、付記3に記載のセンサシステム。
[付記6]
前記ポンプビーム制御システムは、前記PWMポンプビームの光吸収を監視して、前記アルカリ金属蒸気を介した前記PWMポンプビームのほぼ最大吸収に対応する中心周波数に対して前記ポンプビームの周波数をパルス幅変調するように構成されている、付記1に記載のセンサシステム。
[付記7]
前記セルシステムはさらに、前記PWMポンプビームの光吸収の監視に基づいて、前記センサセルを通過する前記PWMポンプビームの時間平均光吸収を実質的に安定化させるように、前記センサセルの温度をフィードバック温度制御信号により設定するように構成されたセル温度コントローラをさらに備える、付記6に記載のセンサシステム。
[付記8]
前記ポンプビーム制御システムは、パルス幅変調周期の一定のクロックパルス数に対して、第1周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数と、第2周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数とを設定することに基づいて、前記PWMポンプビームのデューティサイクルをデジタル的に調整するように構成された安定化システムを備え、前記第1周波数および前記第2周波数が前記中心周波数に対して実質的に等しくかつ反対である、付記6に記載のセンサシステム。
[付記9]
前記センサシステムは、核磁気共鳴(NMR)ジャイロスコープ、NMR磁力計、および電子常磁性共鳴(EPR)磁力計のうちの少なくとも1つとして構成される、付記1に記載のセンサシステム。
[付記10]
少なくとも1つの測定可能パラメータを計算するように構成されたセンサシステムにおいてACシュタルクシフトの影響を実質的に低減する方法であって、
円偏光されたポンプビームを生成すること、
前記ポンプビームの周波数を中心周波数に対してパルス幅変調することにより、デューティサイクルを有するパルス幅変調(PWM)ポンプビームを供給すること、
センサセルを介して前記PWMポンプビームを供給して前記センサセル内に封入されたアルカリ金属蒸気を偏極させることにより、磁場による前記アルカリ金属蒸気の歳差運動を促進させること、
前記センサセルを介して、直線偏光されたプローブビームを供給すること、
前記センサセルから放出された前記直線偏光されたプローブビームに対応する検出ビームのファラデー回転を前記デューティサイクルに基づいて復調することにより、前記PWMポンプビームのパルス幅変調周期における前記PWMポンプビームの時間平均周波数を決定すること、
前記復調されたファラデー回転に基づいて前記PWMポンプビームのデューティサイクルを制御して前記時間平均周波数を調整することにより、前記少なくとも1つの測定可能パラメータに対する前記ACシュタルクシフトの影響を実質的に安定化し低減すること、
を備える方法。
[付記11]
前記PWMポンプビームの前記中心周波数を前記アルカリ金属蒸気による前記PWMポンプビームのほぼ最大吸収に対応する周波数に設定することをさらに備える付記10に記載の方法。
[付記12]
前記直線偏光されたプローブビームの前記ファラデー回転を復調することが、前記復調されたファラデー回転を時間平均してDC誤差信号を決定することを備え、
前記デューティサイクルを制御することが、前記DC誤差信号の非ゼロ振幅に応答して前記PWMポンプビームのデューティサイクルを調整することを備える、付記10に記載の方法。
[付記13]
前記ポンプビームの周波数をパルス幅変調することが、パルス幅変調周期の第1部分において第1周波数を有し、前記パルス幅変調周期の第2部分において第2周波数を有する前記PWMポンプビームを供給することを備え、前記第1周波数および前記第2周波数が前記中心周波数に対して実質的に等しくかつ反対であり、
前記デューティサイクルを制御することが、
前記パルス幅変調周期の一定のクロックパルス数に対して、前記第1周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数と、前記第2周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数とを設定することに基づいて、前記PWMポンプビームのデューティサイクルをデジタル的に調整することを備える、付記10に記載の方法。
[付記14]
前記PWMポンプビームを供給することが、前記センサセルの内部において、前記プローブビームと実質的に同一平面上に前記ACシュタルクシフトの影響に相当する誘起された磁場を生成するように、印加磁場に対して前記PWMポンプビームをオフセットされた角度で供給することを備え、前記誘起された磁場は、前記プローブビームのファラデー回転を前記PWMポンプビームのデューティサイクルにほぼ等しくする、付記10に記載の方法。
[付記15]
前記センサセルを通過する前記ポンプビームの光吸収を監視することに応じて、前記センサセルを通過する前記ポンプビームの時間平均光吸収を実質的に安定させるように前記センサセルの温度を設定することをさらに備える付記10に記載の方法。
[付記16]
センサシステムであって、
センサセル内に封入されたアルカリ金属蒸気を偏極させるためのポンプビームを生成し、印加磁場に応じて前記アルカリ金属蒸気の歳差運動を促進するように構成されたポンプレーザを備えるセルシステムであって、前記ポンプビームが前記印加磁場に対してオフセットされた角度で前記センサセルを介して供給される、セルシステムと、
プローブビームを生成するように構成されたプローブレーザを備え、前記印加磁場に応じた前記偏極したアルカリ金属蒸気の歳差運動による、前記センサセルを通過する前記プローブビームの特性に基づいて、少なくとも1つの測定可能パラメータを計算するように構成された検出システムと、
前記ポンプビームの周波数を前記アルカリ金属蒸気による前記ポンプビームのほぼ最大吸収に対応する中心周波数に対してパルス幅変調することにより、デューティサイクルを有するパルス幅変調(PWM)ポンプビームを供給し、前記センサセルから放出された前記プローブビームに対応する検出ビームを前記デューティサイクルに基づいて復調し、前記復調された検出ビームに基づいて前記PWMポンプビームのデューティサイクルをフィードバック方式で制御することにより、前記アルカリ金属蒸気の偏極均一性を制御して前記少なくとも1つの測定可能パラメータに対するACシュタルクシフトの影響を低減するように構成されたポンプビーム制御システムと、
を備えるセンサシステム。
[付記17]
前記ポンプビーム制御システムは、前記センサセルを通過する前記プローブビームの特性に基づいて前記デューティサイクルを前記フィードバック方式で制御することにより、前記PWMポンプビームのパルス幅変調周期に対して前記ACシュタルクシフトの影響が実質的に等しくかつ反対となるデューティサイクルを維持するように構成されている、付記16に記載のセンサシステム。
[付記18]
前記ポンプビーム制御システムは、前記ポンプビームの周波数を前記PWMポンプビームのデューティサイクルに対応する第1周波数と第2周波数との間に設定するように前記ポンプレーザに供給される電流を生成するように構成された安定化システムを備え、前記安定化システムは、前記電流の振幅を制御することにより前記プローブビームのファラデー回転に基づいて前記PWMポンプビームのデューティサイクルを設定するように構成されたPWMコントローラを備え、前記第1周波数および前記第2周波数が前記中心周波数に対して実質的に等しくかつ反対である、付記16に記載のセンサシステム。
[付記19]
前記セルシステムはさらに、前記PWMポンプビームの光吸収の監視に基づいて、前記センサセルを通過する前記PWMポンプビームの時間平均光吸収を実質的に安定化させるように、前記センサセルの温度をフィードバック温度制御信号により設定するように構成されたセル温度コントローラをさらに備える、付記16に記載のセンサシステム。
[付記20]
前記ポンプビーム制御システムは、パルス幅変調周期の一定のクロックパルス数に対して、第1周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数と、第2周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数とを設定することに基づいて、前記PWMポンプビームのデューティサイクルをデジタル的に調整するように構成された安定化システムを備え、前記第1周波数および前記第2周波数が前記中心周波数に対して実質的に等しくかつ反対である、付記16に記載のセンサシステム。
以上の説明は本発明の一例である。本発明を説明する上で、構成または方法のあらゆる組み合わせを説明することは可能でないが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせや置換が可能であることを認識し得る。したがって、本発明は、特許請求の範囲の思想および範囲内に含まれるそのような変更、修正、および変形をすべて包含することが意図される。
Claims (15)
- センサシステムであって、
センサセル内に封入されたアルカリ金属蒸気を偏極させるためのポンプビームを生成するように構成されたポンプレーザを備えるセルシステムと、
プローブビームを生成するように構成されたプローブレーザを備え、印加磁場に応じた前記偏極したアルカリ金属蒸気の歳差運動による、前記センサセルを通過する前記プローブビームの特性に基づいて、少なくとも1つの測定可能パラメータを計算するように構成された検出システムと、
前記ポンプビームの周波数をパルス幅変調してパルス幅変調(PWM)ポンプビームを供給し、前記センサセルを通過する前記プローブビームの特性に基づいてフィードバック方式で前記PWMポンプビームのデューティサイクルを制御することにより前記アルカリ金属蒸気の偏極均一性を制御して前記少なくとも1つの測定可能パラメータに対するACシュタルクシフトの影響を低減するように構成されたポンプビーム制御システムと、
を備えるセンサシステム。 - 前記ポンプビーム制御システムは、前記センサセルを通過する前記プローブビームの特性に基づいて前記デューティサイクルを前記フィードバック方式で制御することにより、前記PWMポンプビームのパルス幅変調周期に対して前記ACシュタルクシフトの影響が実質的に等しくかつ反対となるデューティサイクルを維持するように構成されている、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記ポンプビーム制御システムは、前記ポンプビームの周波数を前記PWMポンプビームのデューティサイクルに対応する第1周波数および第2周波数の各々に設定するように前記ポンプレーザに供給される電流を生成するように構成された安定化システムを備え、前記安定化システムは、前記電流の振幅を制御することにより前記プローブビームのファラデー回転に基づいて前記PWMポンプビームのデューティサイクルを設定するように構成されたPWMコントローラを備える、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記ポンプレーザは、前記センサセルの内部において、前記プローブビームと実質的に同一平面上に前記ACシュタルクシフトの影響に相当する誘起された仮想磁場を生成するように、前記印加磁場に対して前記PWMポンプビームをオフセットされた角度で供給するように配向されており、前記誘起された仮想磁場は、前記プローブビームのファラデー回転を前記PWMポンプビームのデューティサイクルにほぼ等しくする、請求項3に記載のセンサシステム。
- 前記安定化システムは、前記プローブビームのファラデー回転を前記PWMポンプビームのデューティサイクルにより復調することに基づいて前記デューティサイクルを制御することで、前記PWMポンプビームのデューティサイクルを、前記ACシュタルクシフトの影響が実質的に時間平均ゼロの大きさとなるデューティサイクルに実質的に維持するように構成されている、請求項3に記載のセンサシステム。
- 前記ポンプビーム制御システムは、前記PWMポンプビームの光吸収を監視して、前記アルカリ金属蒸気を介した前記PWMポンプビームのほぼ最大吸収に対応する中心周波数に対して前記ポンプビームの周波数をパルス幅変調するように構成されている、請求項1に記載のセンサシステム。
- 前記セルシステムはさらに、前記PWMポンプビームの光吸収の監視に基づいて、前記センサセルを通過する前記PWMポンプビームの時間平均光吸収を実質的に安定化させるように、前記センサセルの温度をフィードバック温度制御信号により設定するように構成されたセル温度コントローラをさらに備える、請求項6に記載のセンサシステム。
- 前記ポンプビーム制御システムは、パルス幅変調周期の一定のクロックパルス数に対して、第1周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数と、第2周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数とを設定することに基づいて、前記PWMポンプビームのデューティサイクルをデジタル的に調整するように構成された安定化システムを備え、前記第1周波数および前記第2周波数が前記中心周波数に対して実質的に等しくかつ反対である、請求項6に記載のセンサシステム。
- 前記センサシステムは、核磁気共鳴(NMR)ジャイロスコープ、NMR磁力計、および電子常磁性共鳴(EPR)磁力計のうちの少なくとも1つとして構成される、請求項1に記載のセンサシステム。
- 少なくとも1つの測定可能パラメータを計算するように構成されたセンサシステムにおいてACシュタルクシフトの影響を実質的に低減する方法であって、
円偏光されたポンプビームを生成すること、
前記ポンプビームの周波数を中心周波数に対してパルス幅変調することにより、デューティサイクルを有するパルス幅変調(PWM)ポンプビームを供給すること、
センサセルを介して前記PWMポンプビームを供給して前記センサセル内に封入されたアルカリ金属蒸気を偏極させることにより、磁場による前記アルカリ金属蒸気の歳差運動を促進させること、
前記センサセルを介して、直線偏光されたプローブビームを供給すること、
前記センサセルから放出された前記直線偏光されたプローブビームに対応する検出ビームのファラデー回転を前記デューティサイクルに基づいて復調することにより、前記PWMポンプビームのパルス幅変調周期における前記PWMポンプビームの時間平均周波数を決定すること、
前記復調されたファラデー回転に基づいて前記PWMポンプビームのデューティサイクルを制御して前記時間平均周波数を調整することにより、前記少なくとも1つの測定可能パラメータに対する前記ACシュタルクシフトの影響を実質的に安定化し低減すること、
を備える方法。 - 前記PWMポンプビームの前記中心周波数を前記アルカリ金属蒸気による前記PWMポンプビームのほぼ最大吸収に対応する周波数に設定することをさらに備える請求項10に記載の方法。
- 前記直線偏光されたプローブビームの前記ファラデー回転を復調することが、前記復調されたファラデー回転を時間平均してDC誤差信号を決定することを備え、
前記デューティサイクルを制御することが、前記DC誤差信号の非ゼロ振幅に応答して前記PWMポンプビームのデューティサイクルを調整することを備える、請求項10に記載の方法。 - 前記ポンプビームの周波数をパルス幅変調することが、パルス幅変調周期の第1部分において第1周波数を有し、前記パルス幅変調周期の第2部分において第2周波数を有する前記PWMポンプビームを供給することを備え、前記第1周波数および前記第2周波数が前記中心周波数に対して実質的に等しくかつ反対であり、
前記デューティサイクルを制御することが、
前記パルス幅変調周期の一定のクロックパルス数に対して、前記第1周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数と、前記第2周波数における前記PWMポンプビームのクロックパルス数とを設定することに基づいて、前記PWMポンプビームのデューティサイクルをデジタル的に調整することを備える、請求項10に記載の方法。 - 前記PWMポンプビームを供給することが、前記センサセルの内部において、前記プローブビームと実質的に同一平面上に前記ACシュタルクシフトの影響に相当する誘起された磁場を生成するように、印加磁場に対して前記PWMポンプビームをオフセットされた角度で供給することを備え、前記誘起された磁場は、前記プローブビームのファラデー回転を前記PWMポンプビームのデューティサイクルにほぼ等しくする、請求項10に記載の方法。
- 前記センサセルを通過する前記ポンプビームの光吸収を監視することに応じて、前記センサセルを通過する前記ポンプビームの時間平均光吸収を実質的に安定させるように前記センサセルの温度を設定することをさらに備える請求項10に記載の方法。
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