RU199631U1

RU199631U1 - Quantum Mz magnetometer

Info

Publication number: RU199631U1
Application number: RU2020116260U
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Семенов; Сергей Викторович Ермак; Никита Константинович Кулаченков; Александр Николаевич Шевченко
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2020-09-10

Abstract

Полезная модель относится к технике квантовых магнитометров с оптической накачкой. Технический результат: устранение погрешности устройства, связанной со сдвигом Блоха-Зигерта измеряемой частоты. Сущность: квантовый магнитометр содержит радиочастотный генератор со схемой автоподстройки, помещенные в магнитный экран два оптических тракта х и у, оси которых взаимно перпендикулярны. Каждый из оптических трактов, помимо общей камеры поглощения, включает последовательно расположенные на одной оси источник циркулярно поляризованного излучения накачки и фотодетектор. Камера поглощения охвачена тремя радиочастотными катушками. Первая катушка подключена к первому выходу радиочастотного генератора, ее ось - перпендикулярна осям оптических трактов. Оси второй и третьей радиокатушек соответственно совпадают с осями первого и второго оптических трактов. Выходы фотодетекторов подключены соответственно к входам избирательных усилителей, настроенных на частоту модуляции схемы автоподстройки. Выходы избирательных усилителей соответственно подключены к входам преобразователей напряжения, первые выходы которых подключены к входам сумматора напряжений. Выход сумматора напряжений подключен к входу схемы автоподстройки частоты радиочастотного генератора. Второй выход радиочастотного генератора подключен к фазовращателю, выход которого подключен к первому входу схемы управления радиополем во второй и третьей радиочастотных катушках. Второй и третий вход схемы управления соответственно подключены к вторым выходам преобразователей напряжения. Первый и второй выходы схемы управления соответственно подключены к второй и третьей радиочастотной катушкам. Для измерения магнитного поля произвольного направления камера поглощения магнитометра охвачена магнитной катушкой, ось которой совпадает с осью первой радиочастотной катушки, а выход сумматора напряжений подключен к блоку управления током магнитной катушки, первый выход которого присоединен к магнитной катушке, а второй - к измерителю z компоненты магнитного поля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the technique of optically pumped quantum magnetometers. EFFECT: elimination of the device error associated with the Bloch-Siegert shift of the measured frequency. Essence: a quantum magnetometer contains a radio-frequency generator with an auto-tuning circuit, two optical paths x and y, placed in a magnetic shield, whose axes are mutually perpendicular. Each of the optical paths, in addition to the common absorption chamber, includes a source of circularly polarized pump radiation and a photodetector located in series on one axis. The absorption chamber is covered by three RF coils. The first coil is connected to the first output of the RF generator, its axis is perpendicular to the axes of the optical paths. The axes of the second and third radio coils, respectively, coincide with the axes of the first and second optical paths. The outputs of the photodetectors are connected respectively to the inputs of the selective amplifiers tuned to the modulation frequency of the auto-tuning circuit. The outputs of the selective amplifiers are respectively connected to the inputs of the voltage converters, the first outputs of which are connected to the inputs of the voltage adder. The output of the voltage adder is connected to the input of the automatic frequency control circuit of the radio frequency generator. The second output of the radio frequency generator is connected to a phase shifter, the output of which is connected to the first input of the radio field control circuit in the second and third radio frequency coils. The second and third inputs of the control circuit are respectively connected to the second outputs of the voltage converters. The first and second outputs of the control circuit are respectively connected to the second and third radio frequency coils. To measure the magnetic field of an arbitrary direction, the absorption chamber of the magnetometer is surrounded by a magnetic coil, the axis of which coincides with the axis of the first radio-frequency coil, and the output of the voltage adder is connected to a magnetic coil current control unit, the first output of which is connected to the magnetic coil, and the second to the meter of the z component of the magnetic fields. 1 wp f-ly, 2 dwg

Description

Полезная модель относится к технике измерений характеристик слабого магнитного поля в магнитных экранах, по порядку величины сравнимого с шириной резонансной линии атомов рабочего вещества, и может быть использована для контроля магнитных вариаций при работе атомных стандартов частоты и ядерных гироскопов с оптической накачкой.The utility model relates to the technique of measuring the characteristics of a weak magnetic field in magnetic screens, comparable in order of magnitude with the width of the resonance line of the atoms of the working substance, and can be used to control magnetic variations during the operation of atomic frequency standards and optically pumped nuclear gyroscopes.

К аналогам полезной модели относятся квантовые магнитометры M_z типа с оптической накачкой, в которых контролируется изменение продольной компоненты намагниченности атомов рабочего вещества под действием резонансного радиочастотного поля [Е.Б. Александров, А.К. Вершовский Современные радиооптические методы квантовой магнитометрии, УФН. Том 179, №6 стр. 605-637]. Подобные устройства содержат в своем составе магниточувствительный датчик, подключенный к схеме автоподстройки частоты управляемого радиочастотный генератора, соединенного с частотомером. Недостатком аналогов является наличие мертвых зон, обусловленных зависимостью амплитуды сигнала магнитометра от угла ϑ между измеряемым полем и оптической осью по закону (cos ϑ)⁴.The analogs of the utility model include quantum magnetometers of the M _z type with optical pumping, in which the change in the longitudinal component of the magnetization of the atoms of the working substance is controlled under the action of a resonant radio-frequency field [EB. Alexandrov, A.K. Vershovsky Modern radio-optical methods of quantum magnetometry, UFN. Volume 179, No. 6 pp. 605-637]. Such devices contain a magnetically sensitive sensor connected to the automatic frequency control circuit of a controlled radio frequency generator connected to a frequency counter. The disadvantage of analogs is the presence of dead zones due to the dependence of the amplitude of the magnetometer signal on the angle ϑ between the measured field and the optical axis according to the law (cos ϑ) ⁴ .

К аналогам полезной модели относятся также самогенерирующее парощелочное устройство с оптической накачкой. [Е.Б. Александров, А.К. Вершовский Современные радиооптические методы квантовой магнитометрии, УФН. Том 179, №6 стр. 605-637], включающее магниточувствительный датчик и усилитель обратной связи. Датчик содержит спектральную лампу накачки, колбу с парами щелочного металла, поляризационный фильтр, катушки, создающие радиочастотное магнитное поле, и фотодиод. Недостатком аналога является низкая точность и наличие мертвых зон, обусловленных зависимостью амплитуды сигнала магнитометра от угла ϑ между измеряемым полем и оптической осью по закону (sinϑ ⋅ cos ϑ)² В соответствии с указанной зависимостью наличие мертвой зоны связано с обнулением сигнала измерительного устройства при стремлении угла ϑ к нулю и 90°.A self-generating steam-alkaline device with optical pumping also belongs to the analogs of the utility model. [E.B. Alexandrov, A.K. Vershovsky Modern radio-optical methods of quantum magnetometry, UFN. Volume 179, No. 6 pp. 605-637], including a magnetically sensitive sensor and a feedback amplifier. The sensor contains a spectral pump lamp, a bulb with alkali metal vapor, a polarizing filter, coils that create a radio frequency magnetic field, and a photodiode. The disadvantage of the analogue is its low accuracy and the presence of dead zones due to the dependence of the amplitude of the magnetometer signal on the angle ϑ between the measured field and the optical axis according to the law (sin⋅ ⋅ cos ϑ) ² In accordance with this dependence, the presence of a dead zone is associated with zeroing of the signal of the measuring device when the angle tends ϑ to zero and 90 °.

Принципиальным недостатком перечисленных аналогов является их значительная измерительная погрешность при измерении слабых магнитных полей, обусловленная влиянием нерезонансной компоненты радиочастотного поля на сдвиг измеряемой частоты (так называемый сдвиг Блоха-Зигерта). [Л.Н. Новиков, Г.В. Скроцкий, Нелинейные и параметрические эффекты в атомной радиоспектроскопии, - УФН, 1978, том 125, вып. 3, стр. 449-488]The fundamental disadvantage of the listed analogs is their significant measurement error when measuring weak magnetic fields, due to the influence of the nonresonant component of the radio frequency field on the shift of the measured frequency (the so-called Bloch-Siegert shift). [L.N. Novikov, G.V. Skrotsky, Nonlinear and parametric effects in atomic radiospectroscopy, UFN, 1978, volume 125, no. 3, pp. 449-488]

Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является квантовый M_z--магнитометр с оптической накачкой, содержащий два радиочастотных генератора со схемой автоподстройки, два оптических тракта, оси которых взаимно перпендикулярны, причем каждый из оптических трактов, помимо общей камеры поглощения, включает последовательно расположенные на одной оси источник циркулярно поляризованного излучения накачки и фотодетектор, при этом камера поглощения охвачена тремя радиочастотными катушками, две из которых выполнены в виде соленоидов, оси которых совпадают с осями оптических трактов и ортогональны оси первой радиочастотной катушки. [В.В. Семенов, С. В. Ермак, Квантовый M_z-магнитометр, Полезная модель, Бюллетень изобретений №21 от 27.07.2014] Схема автоподстройки каждого радиочастотного генератора содержит избирательный усилитель, модулятор, звуковой генератор, фазовый детектор, первый вход которого соединен с выходом избирательного усилителя, а второй с первым выходом звукового генератора, второй выход которого подключен к первому входу модулятора, вход избирательного усилителя является входом схемы автоподстройки, а выход фазового детектора - выходом схемы автоподстройки. Сигналы ошибки на выходе фазовых детекторов является выходным сигналом схем автоподстройки радиочастотных генераторов, и этот сигнал осуществляет перестройку их частоты под резонансное значение, измеряемое частотомером.The closest analogue of the claimed utility model is a quantum M _z- magnetometer with optical pumping, containing two radio-frequency oscillators with an auto-tuning circuit, two optical paths, the axes of which are mutually perpendicular, and each of the optical paths, in addition to the common absorption chamber, includes sequentially located on one axis a source of circularly polarized pump radiation and a photodetector, while the absorption chamber is surrounded by three radio frequency coils, two of which are made in the form of solenoids, the axes of which coincide with the axes of the optical paths and are orthogonal to the axis of the first radio frequency coil. [V.V. Semenov, S. V. Ermak, Quantum M _z- magnetometer, Utility model, Bulletin of Inventions No. 21 of 07/27/2014] The autotuning circuit of each radio frequency generator contains a selective amplifier, a modulator, a sound generator, a phase detector, the first input of which is connected to the output of the selective amplifier, and the second with the first output of the sound generator, the second output of which is connected to the first input of the modulator, the input of the selective amplifier is the input of the auto-tuning circuit, and the output of the phase detector is the output of the auto-tuning circuit. The error signals at the output of the phase detectors are the output signal of the self-tuning circuits of the radio-frequency generators, and this signal realizes the tuning of their frequency to the resonance value measured by the frequency meter.

Недостатком прототипа является его высокая измерительная погрешность при работе в слабых магнитных полях в условиях магнитного экранирования, сравнимых с шириной резонансной линии атомов рабочего вещества. Как и в аналогах эта погрешность обусловлена влиянием нерезонансной компоненты линейно поляризованного радиополя в радиочастотной катушке на сдвиг частоты магнитного резонанса (сдвиг Блоха-Зигерта). В соответствии с [Л.Н. Новиков, Г.В. Скроцкий, Нелинейные и параметрические эффекты в атомной радиоспектроскопии, - УФН, 1978, том 125, вып. 3, стр. 449-488] относительная величина этого сдвига пропорциональна отношению [ω₁/2ω₀]², где ω₁ - выраженная в единицах частоты амплитуда радиополя, ω₀ - частота Лармора. На практике в квантовых магнитометрах амплитуду радиополя подбирают сравнимой с шириной линии атомов рабочего вещества. Так, например, ширина неразрешенного контура линии поглощения атомов цезия составляет порядок величины в несколько сотен герц. При таких параметрах рабочего вещества в прототипе его относительная погрешность измерения магнитного поля напряженностью 0,01 Э составляет 0,3%, что на несколько порядков превышает измерительную погрешность того же магнитометра, работающего в геомагнитном поле (~0,5 Э).The disadvantage of the prototype is its high measuring error when operating in weak magnetic fields under magnetic shielding conditions comparable to the width of the resonance line of the atoms of the working substance. As in analogs, this error is due to the influence of the nonresonant component of the linearly polarized radio field in the radio frequency coil on the shift of the magnetic resonance frequency (Bloch-Siegert shift). In accordance with [L.N. Novikov, G.V. Skrotsky, Nonlinear and parametric effects in atomic radiospectroscopy, UFN, 1978, volume 125, no. 3, pp. 449-488] the relative value of this shift is proportional to the ratio [ω ₁ / 2ω ₀ ] ² , where ω ₁ is the amplitude of the radio field expressed in frequency units, ω ₀ is the Larmor frequency. In practice, in quantum magnetometers, the amplitude of the radio field is selected comparable to the line width of the atoms of the working substance. For example, the width of the unresolved contour of the absorption line of cesium atoms is on the order of magnitude of several hundred hertz. With such parameters of the working substance in the prototype, its relative error in measuring the magnetic field with a strength of 0.01 Oe is 0.3%, which is several orders of magnitude higher than the measuring error of the same magnetometer operating in a geomagnetic field (~ 0.5 Oe).

Задачей полезной модели является разработка M_z магнитометра с высокой точностью измерения слабых магнитных полей, создаваемых внутри магнитных экранов, за счет устранения нерезонансной компоненты линейно поляризованного радиополя в радиочастотной катушке магнитометра.The task of the utility model is to develop an M _z magnetometer with a high accuracy of measurement of weak magnetic fields generated inside magnetic shields by eliminating the nonresonant component of a linearly polarized radio field in the radio frequency magnetometer coil.

Поставленная задача достигается тем, что в известном M_z-магнитометре, содержащем радиочастотный генератор со схемой автоподстройки, два оптических тракта х и у, оси которых взаимно перпендикулярны, причем каждый из оптических трактов, помимо общей камеры поглощения, включает последовательно расположенные на одной оси источник циркулярно поляризованного излучения накачки и фотодетектор, при этом камера поглощения охвачена тремя радиочастотными катушками, первая из которых подключена к первому выходу радиочастотного генератора, ее ось - перпендикулярна осям оптических трактов, а оси второй и третьей радиочастотных катушек соответственно совпадают с осями первого и второго оптических трактов, выходы фотодетекторов подключены соответственно к входам избирательных усилителей, настроенных на частоту модуляции схемы автоподстройки, выходы избирательных усилителей соответственно подключены к входам преобразователей напряжения, первые выходы которых подключены к входам сумматора напряжений, выход сумматора напряжений подключен к входу схемы автоподстройки частоты радиочастотного генератора, второй выход радиочастотного генератора подключен к фазовращателю, выход которого подключен к первому входу схемы управления радиополем во второй и третьей радиочастотных катушках, причем второй и третий вход схемы управления соответственно подключены к вторым выходам преобразователей напряжения, а первый и второй выходы схемы управления соответственно подключены к второй и третьей радиочастотной катушке.The task is achieved by the fact that in the known M _z -magnetometer containing a radio-frequency generator with an auto-tuning circuit, two optical paths x and y, the axes of which are mutually perpendicular, and each of the optical paths, in addition to the common absorption chamber, includes a source sequentially located on one axis circularly polarized pump radiation and a photodetector, while the absorption chamber is surrounded by three radio frequency coils, the first of which is connected to the first output of the radio frequency generator, its axis is perpendicular to the axes of the optical paths, and the axes of the second and third radio frequency coils, respectively, coincide with the axes of the first and second optical paths , the outputs of the photodetectors are connected, respectively, to the inputs of the selective amplifiers tuned to the modulation frequency of the auto-tuning circuit, the outputs of the selective amplifiers are respectively connected to the inputs of the voltage converters, the first outputs of which are connected to the inputs of the voltage adder, in the output of the voltage adder is connected to the input of the automatic frequency control circuit of the radio frequency generator, the second output of the radio frequency generator is connected to the phase shifter, the output of which is connected to the first input of the radio field control circuit in the second and third radio frequency coils, and the second and third inputs of the control circuit are respectively connected to the second outputs of the voltage converters and the first and second outputs of the control circuit are respectively connected to the second and third radio frequency coil.

Измеряемое магнитное поле ориентировано в плоскости xy декартовой системы координат xyz. Для измерения магнитного поля произвольного направления в декартовой системе координат xyz камера поглощения магнитометра охвачена магнитной катушкой, ось которой совпадает с осью первой радиочастотной катушки, а выход сумматора напряжений подключен к блоку управления током магнитной катушки, первый выход которого присоединен к магнитной катушке, а второй - к измерителю z компоненты магнитного поля.The measured magnetic field is oriented in the xy plane of the xyz Cartesian coordinate system. To measure the magnetic field of an arbitrary direction in the Cartesian coordinate system xyz, the absorption chamber of the magnetometer is surrounded by a magnetic coil, the axis of which coincides with the axis of the first radio-frequency coil, and the output of the voltage adder is connected to the magnetic coil current control unit, the first output of which is connected to the magnetic coil, and the second - to the meter of the z component of the magnetic field.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами на фиг. 1 и фиг. 2.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials in Fig. 1 and FIG. 2.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой полезной модели квантового M_z-магнитометра для измерения индукции магнитного поля в плоскости xy декартовой системы координат, где 1 - радиочастотный генератор; 2 - схема автоподстройки радиочастотного генератора; 3 -магнитный экран; 4 - камера поглощения; 5 и 6 - источники циркулярно поляризованного излучения накачки; 7 и 8 - фотодетекторы; 9, 10, 11 - радиочастотные катушки; 12, 13 - избирательные усилители; 14, 15 - преобразователей напряжения, 16 - сумматор напряжений; 17 - фазовращатель; 18 - схема управления радиополем.FIG. 1 shows a diagram of the proposed utility model of a quantum M _z -magnetometer for measuring magnetic field induction in the xy plane of a Cartesian coordinate system, where 1 is a radio frequency generator; 2 - circuit of automatic tuning of the radio frequency generator; 3 - magnetic screen; 4 - absorption chamber; 5 and 6 - sources of circularly polarized pump radiation; 7 and 8 - photodetectors; 9, 10, 11 - radio frequency coils; 12, 13 - selective amplifiers; 14, 15 - voltage converters, 16 - voltage adder; 17 - phase shifter; 18 is a radio field control circuit.

На фиг. 2 изображена схема предлагаемой полезной модели квантового M_z-магнитометра для измерения индукции магнитного поля в декартовой системе координат xyz, где 1 - радиочастотный генератор; 2 - схема автоподстройки радиочастотного генератора; 3 - магнитный экран; 4 - камера поглощения; 5 и 6 - источники циркулярно поляризованного излучения накачки; 7 и 8 -фотодетекторы; 9, 10, 11 - радиочастотные катушки; 12, 13 - избирательные усилители; 14, 15 - преобразователей напряжения, 16 - сумматор напряжений; 17 - фазовращатель; 18 - схема управления радиополем, 19 - магнитная катушка, ось которой перпендикулярна осям оптических трактов, 20 - блок управления током катушки 19, 21 - измеритель z компоненты магнитного поля.FIG. 2 shows a diagram of the proposed utility model of a quantum M _z -magnetometer for measuring the induction of a magnetic field in a Cartesian coordinate system xyz, where 1 is a radio frequency generator; 2 - circuit of automatic tuning of the radio frequency generator; 3 - magnetic shield; 4 - absorption chamber; 5 and 6 - sources of circularly polarized pump radiation; 7 and 8 - photodetectors; 9, 10, 11 - radio frequency coils; 12, 13 - selective amplifiers; 14, 15 - voltage converters, 16 - voltage adder; 17 - phase shifter; 18 - radio field control circuit, 19 - magnetic coil, the axis of which is perpendicular to the axes of the optical paths, 20 - coil current control unit 19, 21 - meter z of the magnetic field component.

Магнитометр на фиг. 1 содержит радиочастотный генератор 1 со схемой автоподстройки 2, два оптических тракта, помещенные в магнитный экран 3, оси которых взаимно перпендикулярны, причем каждый из оптических трактов, помимо общей камеры поглощения 4, включает последовательно расположенные на одной оси источники циркулярно поляризованного излучения накачки 5 и 6 и фотодетекторы 7 и 8, при этом камера поглощения 4 охвачена тремя радиочастотными катушками 9, 10, 11. Катушка 9 подключена к первому выходу радиочастотного генератора 1 (его выходной сигнал обозначен на фиг. 1 как H₁), ось катушки 10 совпадает с осью оптического тракта, на котором размещены источник 6 и фотодетектор 8, а ось катушки 11 совпадает с осью оптического тракта, на котором размещены источник 5 и фотодетектор 7. Выходы фотодетекторов 7 и 8 соответственно подключены к входам избирательных усилителей 12 и 13, настроенных на частоту модуляции схемы автоподстройки 2, выходы избирательных усилителей 12 и 13 соответственно подключены к входам преобразователей напряжения 14 и 15, первые выходы которых соответственно подключены к входам сумматора напряжений 16, выход сумматора напряжений 16 подключен к входу схемы автоподстройки частоты радиочастотного генератора 2, второй выход радиочастотного генератора 1 подключен к фазовращателю 17, выход которого подключен к первому входу схемы управления радиополем 18 в радиочастотных катушках 10 и 11, причем второй и третий вход схемы управления 18 соответственно подключены к вторым выходам преобразователей напряжения 14 и 15, а первый и второй выходы схемы управления 18 соответственно подключены к радиочастотным катушкам 10 и 11.The magnetometer in FIG. 1 contains a radio frequency generator 1 with an auto-tuning circuit 2, two optical paths placed in a magnetic shield 3, the axes of which are mutually perpendicular, and each of the optical paths, in addition to the common absorption chamber 4, includes sequentially located on one axis sources of circularly polarized pump radiation 5 and 6 and photodetectors 7 and 8, while the absorption chamber 4 is covered by three radio frequency coils 9, 10, 11. Coil 9 is connected to the first output of the radio frequency generator 1 (its output signal is designated in Fig. 1 as H ₁ ), the axis of the coil 10 coincides with the axis of the optical path on which the source 6 and the photodetector 8 are located, and the axis of the coil 11 coincides with the axis of the optical path on which the source 5 and the photodetector 7 are located. The outputs of the photodetectors 7 and 8 are respectively connected to the inputs of the selective amplifiers 12 and 13 tuned to the frequency modulation of the autotuning circuit 2, the outputs of the selective amplifiers 12 and 13 are respectively connected to the inputs voltage converters 14 and 15, the first outputs of which are respectively connected to the inputs of the voltage adder 16, the output of the voltage adder 16 is connected to the input of the automatic frequency control circuit of the radio frequency generator 2, the second output of the radio frequency generator 1 is connected to the phase shifter 17, the output of which is connected to the first input of the radio field control circuit 18 in radio frequency coils 10 and 11, the second and third inputs of the control circuit 18, respectively, are connected to the second outputs of the voltage converters 14 and 15, and the first and second outputs of the control circuit 18 are respectively connected to the radio frequency coils 10 and 11.

Схема 2 автоподстройки радиочастотного генератора 1 может быть построена по известной методике, используемой в технике квантовых M_z-магнитометров, и содержать избирательный усилитель, модулятор, звуковой генератор и фазовый детектор [Н.М. Померанцев, В.М. Рыжков, Г.В. Скроцкий, Физические основы квантовой магнитометрии, Из-во Наука, М. 1972, стр. 384]. Избирательный усилитель обеспечивает работу схем автоподстройки на определенной частоте, задаваемой звуковым генератором, и не пропускает сигналы с частотами, отличными от частоты этого звукового генератора. Амплитуды начальных сигналов s_X и s_Y на выходе избирательных усилителей 13 и 14 соответственно пропорциональны тригонометрическим функциям cos⁴ ϑ и sin⁴ ϑ.The circuit 2 of the automatic tuning of the radio frequency generator 1 can be constructed according to a well-known technique used in the technique of quantum M _z- magnetometers, and contain a selective amplifier, a modulator, a sound generator and a phase detector [N.M. Pomerantsev, V.M. Ryzhkov, G.V. Skrotsky, Physical foundations of quantum magnetometry, Iz-vo Nauka, M. 1972, p. 384]. The selective amplifier ensures the operation of the self-tuning circuits at a certain frequency set by the sound generator, and does not transmit signals with frequencies other than the frequency of this sound generator. The amplitudes of the initial signals s _X and s _Y at the output of the selective amplifiers 13 and 14 are respectively proportional to the trigonometric functions cos ⁴ ϑ and sin ⁴ .

Преобразователи напряжений 14 и 15 соответственно осуществляют преобразование сигналов s_x ~ cos⁴ ϑ и s_y ~ sin⁴ ϑ в сигналы

и

sin² ϑ и могут быть выполнены по схеме на основе перемножителя AD530. [М. Херпи, Аналоговые интегральные схемы, Радио и связь, 1983 г. Стр. 397].

Voltage converters

14 and 15, respectively, convert signals s _x ~ cos ⁴ ϑ and s _y ~ sin ⁴ ϑ into signals

and

sin ² ϑ and can be performed according to the scheme based on the AD530 multiplier. [M. Herpee, Analog Integrated Circuits, Radio and Communications, 1983 p. 397].

В соответствии с фиг. 1 входом схемы автоподстройки 2 является выход сумматора напряжений 16, преобразующий входные сигналы

и

в их суммарный сигнал, не зависящий от угла ϑ. В качестве сумматора напряжений может быть использован микроконтроллер типа [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller].Referring to FIG. 1 the input of the automatic tuning circuit 2 is the output of the voltage adder 16, which converts the input signals

and

into their total signal, independent of the angle ϑ. A microcontroller such as [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller] can be used as a voltage adder.

Фазовращатель 17 осуществляет 90° сдвиг по фазе переменного напряжения, поступающего со второго выхода радиочастотного генератора 1 на первый вход схемы управления радиополем 18. В качестве фазовращателя 17 может быть использован микроконтроллер [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller].The phase shifter 17 carries out a 90 ° phase shift of the alternating voltage supplied from the second output of the radio frequency generator 1 to the first input of the radio field control circuit 18. A microcontroller [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller] can be used as the phase shifter 17.

Схема управления радиополем 18 может быть выполнена на основе микроконтроллеров [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller], обеспечивающий формирование двух низкочастотных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 90°.The radio field control circuit 18 can be made on the basis of microcontrollers [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller], providing the formation of two low-frequency voltages, phase-shifted relative to each other by 90 °.

Функциональная связь тригонометрических функций и детектируемых сигналов s_X и s_Y для магнитометра на фиг. 1 имеет следующий вид:Functional connection of trigonometric functions and detected signals s _X and s _Y for the magnetometer in Fig. 1 looks like this:

Магнитометр на фиг. 2 содержит радиочастотный генератор 1 со схемой автоподстройки 2, помещенные в магнитный экран 3 два оптических тракта, оси которых взаимно перпендикулярны, причем каждый из оптических трактов, помимо общей камеры поглощения 4, включает последовательно расположенные на одной оси источники циркулярно поляризованного излучения накачки 5 и 6 и фотодетекторы 7 и 8, при этом камера поглощения 4 охвачена тремя радиочастотными катушками 9, 10, 11. Катушка 9 подключена к первому выходу радиочастотного генератора 1 (его выходной сигнал обозначен на фиг. 2 как H₁), ось катушки 10 совпадает с осью оптического тракта, на котором размещены источник 6 и фотодетектор 8, а ось катушки 11 совпадает с осью оптического тракта, на котором размещены источник 5 и фотодетектор 7. Выходы фотодетекторов 7 и 8 соответственно подключены к входам избирательных усилителей 12 и 13, настроенных на частоту модуляции схемы автоподстройки 2, выходы избирательных усилителей 12 и 13 соответственно подключены к входам преобразователей напряжения 14 и 15, первые выходы которых соответственно подключены к входам сумматора напряжений 16, выход сумматора напряжений 16 подключен к входу схемы автоподстройки частоты радиочастотного генератора 2, второй выход радиочастотного генератора 1 подключен к фазовращателю 17, выход которого подключен к первому входу схемы управления радиополем 18 в радиочастотных катушках 10 и 11, причем второй и - третий вход схемы управления 18 соответственно подключены к вторым выходам преобразователей напряжения 14 и 15, а первый и второй выходы схемы управления 18 соответственно подключены к радиочастотным катушкам 10 и 11. В магнитометр введена магнитная катушка 19, подключенная к первому выходу блоку управления 20, второй выход которого присоединен к измерителю z компоненты магнитного поля 21, а вход - к выходу сумматора напряжений 16.The magnetometer in FIG. 2 contains a radio frequency generator 1 with an auto-tuning circuit 2, two optical paths placed in a magnetic screen 3, the axes of which are mutually perpendicular, and each of the optical paths, in addition to the common absorption chamber 4, includes sequentially located on one axis sources of circularly polarized pump radiation 5 and 6 and photodetectors 7 and 8, while the absorption chamber 4 is surrounded by three radio frequency coils 9, 10, 11. Coil 9 is connected to the first output of the radio frequency generator 1 (its output signal is designated in Fig. 2 as H ₁ ), the axis of the coil 10 coincides with the axis of the optical path on which the source 6 and the photodetector 8 are located, and the axis of the coil 11 coincides with the axis of the optical path on which the source 5 and the photodetector 7 are located. The outputs of the photodetectors 7 and 8 are respectively connected to the inputs of the selective amplifiers 12 and 13 tuned to the modulation frequency autotuning circuits 2, outputs of selective amplifiers 12 and 13, respectively, are connected to inputs p voltage converters 14 and 15, the first outputs of which are respectively connected to the inputs of the voltage adder 16, the output of the voltage adder 16 is connected to the input of the automatic frequency control circuit of the radio frequency generator 2, the second output of the radio frequency generator 1 is connected to the phase shifter 17, the output of which is connected to the first input of the radio field control circuit 18 in radio frequency coils 10 and 11, and the second and the third input of the control circuit 18 are respectively connected to the second outputs of the voltage converters 14 and 15, and the first and second outputs of the control circuit 18 are respectively connected to the radio frequency coils 10 and 11. A magnetic coil is introduced into the magnetometer 19, connected to the first output of the control unit 20, the second output of which is connected to the meter z of the magnetic field component 21, and the input to the output of the voltage adder 16.

Схема 2 автоподстройки радиочастотного генератора 1 на фиг. 2 аналогична схеме 2 автоподстройки радиочастотного генератора 1 на фиг. 1. При этом амплитуды начальных сигналов s_X и s_Y на выходе избирательных усилителей 12 и 13 соответственно пропорциональны s_X ~ cos⁴ ϑ и s_Y ~ sin⁴ ϑ ⋅ sin⁴ ϕ.The circuit 2 of the automatic tuning of the radio frequency generator 1 in FIG. 2 is similar to the self-tuning circuit 2 of the RF generator 1 in FIG. 1. In this case, the amplitudes of the initial signals s _X and s _Y at the output of the selective amplifiers 12 and 13, respectively, are proportional to s _X ~ cos ⁴ ϑ and s _Y ~ sin ⁴ ϑ ⋅ sin ⁴ ϕ.

Преобразователи напряжений 14 и 15 соответственно осуществляют преобразование сигналов s_X ~ cos⁴ ϑ и s_Y ~ sin⁴ ϑ ⋅ sin⁴ ϕ в сигналы

cos² ϑ и

и могут быть выполнены по схеме на основе перемножителя AD530. [М. Херпи, Аналоговые интегральные схемы, Радио и связь, 1983 г. Стр. 397]

Voltage converters

14 and 15, respectively, convert the signals s _X ~ cos ⁴ ϑ and s _Y ~ sin ⁴ ϑ ⋅ sin ⁴ ϕ into signals

cos ² ϑ and

and can be performed according to the scheme based on the AD530 multiplier. [M. Herpee, Analog Integrated Circuits, Radio and Communications, 1983 p. 397]

Входом схемы автоподстройки 2 является выход сумматора напряжений 16, преобразующий входные сигналы

и

в их суммарный сигнал s_XY, отличающийся от сигнала s_max с максимально возможной амплитудой на величину, пропорциональную функции sin² ϑ ⋅ cos² ϕ. Величина сигнала s_max определяется путем изменения тока в магнитных катушках 19 до такого значения, при котором на выходе сумматора напряжений 16 суммарный сигнал имеет максимальную амплитуду, соответствующую значению угла

. Этому же значению тока в магнитных катушках 19 соответствует z-компонента измеряемого магнитного поля и минимальная частота радиочастотного генератора 1.The input of the autotuning circuit 2 is the output of the voltage adder 16, which converts the input signals

and

into their total signal s _XY , which differs from the signal s _max with the maximum possible amplitude by an amount proportional to the function sin ² ϑ ⋅ cos ² ϕ. The magnitude of the signal s _max is determined by changing the current in the magnetic coils 19 to such a value at which at the output of the voltage adder 16 the total signal has a maximum amplitude corresponding to the value of the angle

... The same value of the current in the magnetic coils 19 corresponds to the z-component of the measured magnetic field and the minimum frequency of the radio frequency generator 1.

Функциональная связь тригонометрических функций и детектируемых сигналов s_X и s_Y для магнитометра на фиг. 2 при

имеет следующий вид:Functional connection of trigonometric functions and detected signals s _X and s _Y for the magnetometer in Fig. 2 at

looks like this:

В качестве сумматора напряжений может быть использован микроконтроллер типа [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller].A microcontroller such as [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller] can be used as a voltage adder.

Схема управления радиополем 17 может быть выполнена на основе микроконтроллеров [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller].The radio field control circuit 17 can be based on microcontrollers [SiLabs C8051F020 8051 8-bit Microcontroller].

Блок управления 20 выполнен на основе персонального компьютера с программным управлением, которое предусматривает установку тока в магнитных катушках 19, соответствующего максимальной амплитуде суммарного сигнала s_max на выходе сумматора напряжений 16 на базе пакета LabVIEW. [www.ni.com/labview/]/The control unit 20 is made on the basis of a personal computer with program control, which provides for setting the current in the magnetic coils 19 corresponding to the maximum amplitude of the total signal s _max at the output of the voltage adder 16 based on the LabVIEW package. [www.ni.com/labview/†/

В качестве измерителя z-компоненты магнитного поля можно использовать амперметр, цена деления которого заранее отградуирована в единицах магнитной индукции. Модуль измеряемого магнитного поля устанавливается по векторной сумме z компоненты и суммарного вектора измеряемого поля в плоскости ху, величина которого определяется частотой радиочастотного генератора схемы 1.As a meter for the z-component of the magnetic field, you can use an ammeter, the division value of which is pre-calibrated in units of magnetic induction. The module of the measured magnetic field is set according to the vector sum of the z component and the total vector of the measured field in the xy plane, the value of which is determined by the frequency of the radio frequency generator of circuit 1.

Квантовый магнитометр на фиг. 1 работает следующим образом.The quantum magnetometer in FIG. 1 works as follows.

Циркулярно поляризованное излучение источников накачки 5 и 6 поступает в камеру 4, помещенную в магнитный экран 3, и осуществляет поляризацию атомов рабочего вещества, в качестве которого могут служить атомы щелочных металлов. С выхода камеры 4 свет поступает на входы приемных фотодетекторов 7 и 8, сигналы s_Y и s_X с которых через избирательные усилители 12 и 13 соответственно поступают на входы преобразователей напряжений 14 и 15, с первых выходов которых преобразованные сигналы

и

поступают в сумматор напряжений 16. На выходе сумматора напряжений 16 формируется суммарный сигнал

, который поступает на вход схемы автоподстройки 2 частоты радиочастотного генератора 1. Работа схемы автоподстройки основана на методике синхронного детектирования резонансного сигнала магнитометра, согласно которой частота радиочастотного генератора 1 модулируется с низкой звуковой частотой. При этом в условиях радиооптического резонанса прозрачность камеры 4 поглощения будет изменяться синхронно с частотой модуляции и это изменение фиксируется приемными фотодетекторами 7 и 8, подключенным соответственно к избирательным усилителям 12 и 13, настроенным на низкую звуковую частоту. Управляющее напряжение на выходе схемы автоподстройки 2 осуществляет периодическую подстройку частоты радиочастотного генератора 1 под резонансное значение, соответствующее измеряемому магнитному полю.Circularly polarized radiation from

pump sources

5 and 6 enters chamber 4, placed in a magnetic shield 3, and polarizes the atoms of the working substance, which can be alkali metal atoms. From the output of the camera 4, the light enters the inputs of the receiving

photodetectors

7 and 8, the signals s _Y and s _X from which through the

selective amplifiers

12 and 13, respectively, are fed to the inputs of the

voltage converters

14 and 15, from the first outputs of which the converted signals

and

enter the voltage adder 16. At the output of the voltage adder 16 a total signal is formed

, which is fed to the input of the automatic tuning circuit 2 of the frequency of the radio frequency generator 1. The operation of the automatic tuning circuit is based on the method of synchronous detection of the resonant signal of the magnetometer, according to which the frequency of the radio frequency generator 1 is modulated with a low sound frequency. In this case, under conditions of radio-optical resonance, the transparency of the absorption chamber 4 will change synchronously with the modulation frequency, and this change is recorded by receiving

photodetectors

7 and 8, connected respectively to the

selective amplifiers

12 and 13, tuned to a low sound frequency. The control voltage at the output of the autotuning circuit 2 periodically adjusts the frequency of the radio frequency generator 1 to the resonance value corresponding to the measured magnetic field.

Функциональная роль схемы управления радиополем 18 состоит в создании переменного магнитного поля с помощью радиочастотных катушек 10 и 11, напряжение на которых соответственно пропорциональны сигналам

и

, поступающим со вторых выходов преобразователей напряжения 14 и 15. Вследствие указанных функциональных зависимостей (1)-(4) суммарная амплитуда переменного радиочастотного поля, создаваемого радиочастотными катушками 10 и 11 сохраняет свое постоянное значение вне зависимости от угла ϑ. Фазовый 90° сдвиг этого поля по отношению к переменному радиочастотному полю, создаваемому радиочастотной катушкой 9, приводит к вращению суммарного вектора переменного радиочастотного поля в плоскости, перпендикулярной направлению измеряемого магнитного поля вне зависимости от угла ϑ. При равенстве абсолютных значений и знаков частот прецессии атомов рабочего вещества и вращения вектора переменного радиочастотного поля в камере 4 с рабочим веществом происходит поглощение энергии этого поля, которое фиксируется приемными фотодетекторами 7 и 8 в виде сигналов s_Y и s_X M_z-магнитометра. Принципиальное отсутствие в такой схеме нерезонансного вращающегося радиочастотного поля (с противоположным знаком по отношению к знаку частоты ларморовской прецессии) полностью исключает погрешности измеряемой частоты, связанными с упомянутым выше эффектом Блоха-Зигерта.The functional role of the radio field control circuit 18 is to create an alternating magnetic field using radio frequency coils 10 and 11, the voltage on which is respectively proportional to the signals

and

coming from the second outputs of the

voltage converters

14 and 15. Due to the specified functional dependences (1) - (4), the total amplitude of the alternating radio frequency field created by the radio frequency coils 10 and 11 remains constant regardless of the angle ϑ. The 90 ° phase shift of this field with respect to the alternating radio frequency field created by the radio frequency coil 9 leads to the rotation of the total vector of the alternating radio frequency field in the plane perpendicular to the direction of the measured magnetic field, regardless of the angle ϑ. When the absolute values and signs of the precession frequencies of the atoms of the working substance and the rotation of the alternating radio-frequency field vector in the chamber 4 with the working substance are equal, the energy of this field is absorbed, which is recorded by the receiving

photodetectors

7 and 8 in the form of s _Y and s _X M _z -magnetometer signals. The fundamental absence in such a scheme of a nonresonant rotating radio-frequency field (with an opposite sign with respect to the sign of the Larmor precession frequency) completely excludes errors in the measured frequency associated with the above-mentioned Bloch-Siegert effect.

Квантовый магнитометр на фиг. 2 работает следующим образом.The quantum magnetometer in FIG. 2 works as follows.

и

, который поступает на вход схемы автоподстройки 2 частоты радиочастотного генератора 1. Работа схемы автоподстройки основана на методике синхронного детектирования резонансного сигнала магнитометра, согласно которой частота радиочастотного генератора 1 модулируется с низкой звуковой частотой. При этом в условиях радиооптического резонанса прозрачность камеры 4 поглощения будет изменяться синхронно с частотой модуляции и это изменение фиксируется приемными фотодетекторами 7 и 8, подключенным соответственно к избирательным усилителям 12 и 13, настроенным на низкую звуковую частоту. Управляющее напряжение на выходе схемы автоподстройки 2 осуществляет периодическую подстройку частоты радиочастотного генератора 1 под резонансное значение, соответствующее измеряемому магнитному полю. Для определения его z-компоненты в магнитную катушку 19 подается постоянный ток из блока управления 20, создающий магнитное поле, которое компенсирует z-компоненту измеряемого магнитного поля, оставляя без изменений его х и у составляющие. Векторная сумма этих составляющих определяется по частоте радиочастотного генератора 1.Circularly polarized radiation from

pump sources

photodetectors

7 and 8, the signals s _Y and s _X from which through the

selective amplifiers

12 and 13, respectively, are fed to the inputs of the

voltage converters

14 and 15, from the first outputs of which the converted signals

and

photodetectors

7 and 8, connected respectively to the

selective amplifiers

12 and 13, tuned to a low sound frequency. The control voltage at the output of the autotuning circuit 2 periodically adjusts the frequency of the radio frequency generator 1 to the resonance value corresponding to the measured magnetic field. To determine its z-component, a direct current is supplied to the magnetic coil 19 from the control unit 20, which creates a magnetic field that compensates for the z-component of the measured magnetic field, leaving its x and y components unchanged. The vector sum of these components is determined by the frequency of the RF generator 1.

В случае ориентации измеряемого магнитного поля строго вдоль оси z сигналы в х и у трактах магнитометра достигают нулевого значения в силу ориентационной зависимости. В этом случае измерительный процесс осуществляется по тому же принципу создания искусственного магнитного поля, но не в направлении оси z, а в направлении оси х, либо у. Так, например, искусственное поле H_x может быть создано дополнительными секциями радиочастотной катушки 10, подключенными к стороннему источнику питания, размещенного в блоке управления 20. При этом величина поля H_x заранее определена, радиочастотные катушки 9 и 10 соответственно отключены от радиочастотного генератора 1 и схемы управления радиополем 18, а переменное линейно поляризованное радиочастотное поле в зоне камеры поглощения 3 создается радиочастотной катушкой 11, ось которой ориентирована перпендикулярно плоскости xz. При этом, на фотодетекторе 8 появляется сигнал на частоте магнитного резонанса f, соответствующей векторной сумме поля H_x. и измеряемого поля H_z. Частота определяется по следующей формулеIf the measured magnetic field is oriented strictly along the z axis, the signals in the x and y paths of the magnetometer reach zero due to the orientation dependence. In this case, the measuring process is carried out according to the same principle of creating an artificial magnetic field, but not in the direction of the z axis, but in the direction of the x or y axis. So, for example, an artificial field H _x can be created by additional sections of the radio frequency coil 10 connected to a third-party power source located in the control unit 20. In this case, the value of the field H _x is predetermined, the radio frequency coils 9 and 10 are respectively disconnected from the radio frequency generator 1 and radio field control circuits 18, and an alternating linearly polarized radio frequency field in the zone of the absorption chamber 3 is created by a radio frequency coil 11, the axis of which is oriented perpendicular to the xz plane. In this case, a signal appears on the photodetector 8 at the magnetic resonance frequency f corresponding to the vector sum of the field H _x . and the measured field H _z . The frequency is determined by the following formula

где H_x1. - напряженность х-компоненты магнитного поля, создаваемого дополнительными секциями радиочастотной катушки 9.where H _x1. - the intensity of the x-component of the magnetic field created by the additional sections of the radio frequency coil 9.

H_z - напряженность измеряемого магнитного поля, ориентированного вдоль оси z.H _z is the strength of the measured magnetic field oriented along the z axis.

γ - гиромагнитное отношение атомов рабочего вещества.γ is the gyromagnetic ratio of the atoms of the working substance.

δf - поправка к частоте магнитного резонанса, вызванная действием эффекта Блоха-Зигерта.δf is the correction to the magnetic resonance frequency caused by the Bloch-Siegert effect.

Далее в магнитную катушку 19 подается постоянный ток из блока управления 20, создающий магнитное поле, которое компенсирует z-компоненту измеряемого магнитного поля и одновременно увеличивают поле, создаваемое дополнительными секциями радиочастотной катушки 10 до значения H_x2, при котором частота магнитного резонанса, сохраняет свое прежнее значение, то есть выполняется равенствоNext, a direct current is supplied to the magnetic coil 19 from the control unit 20, which creates a magnetic field that compensates for the z-component of the measured magnetic field and at the same time increases the field created by the additional sections of the radio frequency coil 10 to a value of H _x2 at which the magnetic resonance frequency remains the same value, that is, equality is satisfied

Поскольку амплитуда радиочастотного поля и резонансная частота остаются постоянными по величине, значение поправки δf в выражениях (8) и (9), связанное с влиянием нерезонансной компоненты радиочастотного поля - одно и то же, что позволяет определить искомую величину измеряемого магнитного поля по формулеSince the amplitude of the radio frequency field and the resonant frequency remain constant in magnitude, the value of the correction δf in expressions (8) and (9), associated with the influence of the nonresonant component of the radio frequency field, is the same, which makes it possible to determine the desired magnitude of the measured magnetic field by the formula

В общем случае, когда вектор измеряемого магнитного поле имеет три компоненты, осуществляется компенсация его z-компоненты, что соответствует углу

(фиг. 2). При этом схема управления радиополем 18 создает переменное магнитное поле с помощью радиочастотных катушек 10 и 11, напряжение на которых соответственно пропорциональны сигналам

и

, поступающим со вторых выходов преобразователей напряжения 14 и 15. Вследствие функциональных зависимостей (4)-(5) суммарная амплитуда переменного радиочастотного поля, создаваемого радиочастотными катушками 10 и 11 сохраняет свое постоянное значение вне зависимости от угла ϑ. Фазовый 90° сдвиг этого поля по отношению к переменному радиочастотному полю, создаваемому радиочастотной катушкой 9, приводит к вращению суммарного вектора переменного радиочастотного поля в плоскости, перпендикулярной направлению суммарного измеряемого магнитного поля, образованного из x и y его компонент вне зависимости от угла ϑ. При равенстве абсолютных значений и знаков частот прецессии атомов рабочего вещества и вращения вектора переменного радиочастотного поля в камере 4 с рабочим веществом происходит поглощение энергии этого поля, которое фиксируется приемными фотодетекторами 7 и 8 в виде сигналов s_X и s_Y M_z-магнитометра. Принципиальное отсутствие в такой схеме нерезонансного вращающегося радиочастотного поля (с противоположным знаком по отношению к знаку частоты ларморовской прецессии) полностью исключает погрешности измеряемой частоты, связанными с упомянутым выше эффектом Блоха-Зигерта.In the general case, when the measured magnetic field vector has three components, its z-component is compensated, which corresponds to the angle

(Fig. 2). In this case, the radio field control circuit 18 creates an alternating magnetic field using radio frequency coils 10 and 11, the voltage on which is respectively proportional to the signals

and

coming from the second outputs of the

voltage converters

14 and 15. Due to the functional dependences (4) - (5), the total amplitude of the alternating radio frequency field created by the radio frequency coils 10 and 11 remains constant regardless of the angle ϑ. The 90 ° phase shift of this field with respect to the alternating radio frequency field created by the radio frequency coil 9 leads to the rotation of the total vector of the alternating radio frequency field in the plane perpendicular to the direction of the total measured magnetic field formed from x and y of its components, regardless of the angle ϑ. When the absolute values and signs of the precession frequencies of the atoms of the working substance and the rotation of the alternating radio-frequency field vector in the chamber 4 with the working substance are equal, the energy of this field is absorbed, which is recorded by the receiving

photodetectors

7 and 8 in the form of signals s _X and s _Y M _z -magnetometer. The fundamental absence in such a scheme of a nonresonant rotating radio-frequency field (with an opposite sign with respect to the sign of the Larmor precession frequency) completely excludes errors in the measured frequency associated with the above-mentioned Bloch-Siegert effect.

Claims

1. Quantum M _z -magnetometer containing a radio-frequency generator with an auto-tuning circuit, two optical paths x and y placed in a magnetic shield, the axes of which are mutually perpendicular, and each of the optical paths, in addition to the common absorption chamber, includes a circular source arranged in series on one axis polarized pump radiation and a photodetector, while the absorption chamber is covered by three radio frequency coils, the first of which is connected to the first output of the radio frequency generator, its axis is perpendicular to the axes of the optical paths, and the axes of the second and third radio coils, respectively, coincide with the axes of the first and second optical paths, which differs the fact that in the magnetometer the outputs of the photodetectors are connected, respectively, to the inputs of the selective amplifiers tuned to the modulation frequency of the auto-tuning circuit, the outputs of the selective amplifiers are respectively connected to the inputs of the voltage converters, the first outputs of which are connected to the inputs of the adder and voltages, the output of the voltage adder is connected to the input of the automatic frequency control circuit of the radio frequency generator, the second output of the radio frequency generator is connected to the phase shifter, the output of which is connected to the first input of the radio field control circuit in the second and third radio frequency coils, and the second and third inputs of the control circuit are respectively connected to the second the outputs of the voltage converters, and the first and second outputs of the control circuit are respectively connected to the second and third radio frequency coil.

2. Quantum M _z -magnetometer according to claim 1, characterized in that the absorption chamber is surrounded by a magnetic coil, the axis of which coincides with the axis of the first radio-frequency coil, and the output of the voltage adder is connected to the magnetic coil current control unit, the first output of which is connected to the magnetic coil , and the second - to the meter of z component of the magnetic field.