JP7264341B2 - 光励起磁気センサ - Google Patents
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Description
セル2は、ガラス製の封入容器であり、その内部にアルカリ金属(アルカリ金属蒸気)及び封入ガスを収容する。本実施形態においてアルカリ金属は、カリウム(K)である。アルカリ金属として、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)を採用してもよい(図12の表参照)。また、収容されるアルカリ金属はこれらを少なくとも1種類以上含めばよく、例えば、カリウムのみを含んでもよいし、例えばカリウムとルビジウムとを含んでもよい。
図4に示すように、ポンプ光源3は、セル2における2か所の測定領域16A、16Bに対してポンプ光17A、17Bをそれぞれ照射する。測定領域16Aは、セル2の先端側において磁気入射部12Aと対向する領域に設定され、磁場源(測定対象)の磁場を検出するためのものである。測定領域16Bは、セル2の基端側に設定され、外部磁場を検出するためのものである。なお、外部磁場とは、例えば測定対象には起因しない環境的な磁場であって、外部ノイズ成分である。ポンプ光源3は、光源18(第1光源)と、光導波部19と、を有する。
図5に示すように、プローブ光源4は、セル2における2か所の測定領域16A、16Bに対してプローブ光26A1、26B1をそれぞれ照射する。プローブ光源4は、光源27(第2光源)と、光分割部28と、偏光ビームスプリッタ7と、光導波部29A、29B(光学部材)と、偏光板41と、を有する。
再び図5に示すように、光検出ユニット6は、アルカリ金属蒸気を通過したプローブ光26A2R、26B2Rを検出し、その偏光角度(直線偏光面の回転)に応じた信号を出力する。光励起磁気センサ1は、当該信号を利用して測定対象における磁気に関する情報を得る。さらに、光検出ユニット6は、偏光ビームスプリッタ7に反射されたプローブ光26Aa、26Baを検出し、その光強度(光量)に応じた信号を出力する。
以下、比較例の光励起磁気センサ100の構成とその作用効果について説明した後に、光励起磁気センサ1の作用効果について説明する。
図13は、比較例の光励起磁気センサ100を示す概略図である。比較例の光励起磁気センサ100は、光源101と、プリズム102と、セル103と、波長板104と、偏光ビームスプリッタ106と、フォトダイオード107、108と、を有する。偏光ビームスプリッタ106及びフォトダイオード107、108は、ポラリメータ型検出器109を構成する。波長板104は、いわゆるλ/2型である。この構成によれば、偏光角度が45度である光が偏光ビームスプリッタ106に入力されると、当該光の半分は、フォトダイオード107に入力され、残りの半分はフォトダイオード108に入力される。そして、処理装置111は、フォトダイオード107、108の出力の差分を得る。磁場による磁気光学回転に起因して偏光角度が変化すると、フォトダイオード107、108の出力に偏りが生じる。この偏りは、フォトダイオード107、108の出力の差分により得ることができる。
図7に示すように、変形例1の光励起磁気センサ1Aは、実施形態の光励起磁気センサ1よりもさらに単純な構成としてもよい。光励起磁気センサ1は、光源27Aと、偏光ビームスプリッタ7Aと、フォトダイオード38Sと、セル2と、偏光ビームスプリッタ7Sと、フォトダイオード39Sと、を有する。なお、ポンプ光のための構成は、図示及び説明を省略する。これらのうち、光源27A、偏光ビームスプリッタ7A、セル2、偏光ビームスプリッタ7Sは、光軸上においてこの順に配置されている。フォトダイオード38Sは、偏光ビームスプリッタ7Aの光出力面上に配置されている。フォトダイオード39Sは、偏光ビームスプリッタ7Sの光出力面上に配置されている。このような構成によっても、偏光ビームスプリッタ7Aによって、所定の偏光状態とされたプローブ光をセル2に提供することができる。
図8に示すように、変形例2の光励起磁気センサ1Bは、変形例1の光励起磁気センサ1Aについて出力側の偏光ビームスプリッタ7Sに変えて、ミラー37Sを備える。つまり、光励起磁気センサ1Bは、光源27Aと、偏光ビームスプリッタ7Aと、セル2と、ミラー37Sと、フォトダイオード38S、39Sとを備える。光源27A、偏光ビームスプリッタ7A、セル2及びミラー37Sは、光軸上においてこの順に配置されている。フォトダイオード38Sは、偏光ビームスプリッタ7Aの一方の光出力面上に配置されている。このフォトダイオード38Sは、セル2に照射される前のプローブ光に関する情報を得る。フォトダイオード39Sは、偏光ビームスプリッタ7Aの一方の光出力面上に配置されている。このフォトダイオード39Sは、セル2を通過した後のプローブ光に関する情報を得る。また、偏光ビームスプリッタ7Aとセル2との間には、光学部材34Sが配置され、当該光学部材34Sによって偏光ビームスプリッタ7Aからセル2へ至る光路が形成されている。
図10に示すように、変形例3の光励起磁気センサ1Dは、光分割部28を省略し、プローブ光用の光源27、27Tを備えていてもよい。光源27は、プローブ光26Aを提供する。光源27Tは、プローブ光26Bを提供する。
図11の(b)部に示すように、アルカリ金属30を封入した実施形態のセル2は、ガラス基体8の内面に設けられたコーティング層9と、外面に設けられたコーティング層11と、を有していた。対して、図11の(a)部に示すように、セル2Aは、ガラス基体8の内面に設けられたコーティング層9のみを有していてもよい。
Claims (5)
- アルカリ金属が封入されたセルと、
前記アルカリ金属の原子を励起するポンプ光を発生する第1光源と、
前記原子の励起状態を検出するための第1プローブ光を発生する第2光源と、
前記第2光源と前記セルとを結ぶ光路上に配置され、前記第1プローブ光を、所定の偏光角度を有する光成分であって前記原子に照射される第2プローブ光と、前記所定の偏光角度とは異なる偏光角度を有する光成分である第3プローブ光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記第3プローブ光の光量を検出する第3プローブ光検出部と、
前記原子の励起状態を示す信号光を検出する信号光検出部と、
前記信号光を反射する反射部と、
前記第2光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に配置されて、前記第1プローブ光を分割して分割プローブ光を形成する光分割部と、
前記分割プローブ光を前記原子に照射して得られた分割信号光を検出する分割信号光検出部と、を備え、
前記セルは、前記第2プローブ光の入射部であると共に、前記反射部からの反射信号光の出射部である第1セル光接続部と、測定対象と対向する磁気入射部と、前記分割プローブ光の入射部である第2セル光接続部と、を有し、
前記偏光ビームスプリッタは、
前記第1プローブ光の入射部である第1スプリッタ光接続部と、
前記第2プローブ光の出射部であると共に前記反射信号光の入射部である第2スプリッタ光接続部と、を有し、
前記第2セル光接続部から前記磁気入射部までの距離は、前記第1セル光接続部から前記磁気入射部までの距離よりも長い、光励起磁気センサ。 - 前記第2プローブ光及び前記反射信号光の光路を形成する光学部材をさらに備え、
前記光学部材は、
前記第2スプリッタ光接続部に光学的に接続された第1端面と、
前記第1セル光接続部に光学的に接続された第2端面と、を有する、請求項1に記載の光励起磁気センサ。 - 前記セルは、前記ポンプ光の入射部である第2セル光接続部をさらに有し、
前記第1セル光接続部から入射した前記第2プローブ光の進行方向は、前記第2セル光接続部から入射した前記ポンプ光の進行方向に対して交差する、請求項1又は2に記載の光励起磁気センサ。 - 前記第2光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に配置された偏光板をさらに備え、
前記偏光板は、前記第1プローブ光の偏光角度の変化を前記第3プローブ光の光量の変化に変換する、請求項1~3のいずれか一項に記載の光励起磁気センサ。 - アルカリ金属が封入されたセルと、
前記アルカリ金属の原子を励起するポンプ光を発生する第1光源と、
前記原子の励起状態を検出するための第1プローブ光を発生する第2光源と、
前記第2光源と前記セルとを結ぶ光路上に配置され、前記第1プローブ光を、所定の偏光角度を有する光成分であって前記原子に照射される第2プローブ光と、前記所定の偏光角度とは異なる偏光角度を有する光成分である第3プローブ光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記第3プローブ光の光量を検出する第3プローブ光検出部と、
前記原子の励起状態を示す信号光を検出する信号光検出部と、
前記第2光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に配置されて、前記第1プローブ光を分割して分割プローブ光を形成する光分割部と、
前記分割プローブ光を前記原子に照射して得られた分割信号光を検出する分割信号光検出部と、を備え、
前記セルは、前記第2プローブ光の入射部である第1セル光接続部と、測定対象と対向する磁気入射部と、前記分割プローブ光の入射部である第2セル光接続部を有し、
前記第2セル光接続部から前記磁気入射部までの距離は、前記第1セル光接続部から前記磁気入射部までの距離よりも長い、光励起磁気センサ。
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