RU2789203C1 - Optical quantum magnetometer - Google Patents
Optical quantum magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789203C1 RU2789203C1 RU2022108581A RU2022108581A RU2789203C1 RU 2789203 C1 RU2789203 C1 RU 2789203C1 RU 2022108581 A RU2022108581 A RU 2022108581A RU 2022108581 A RU2022108581 A RU 2022108581A RU 2789203 C1 RU2789203 C1 RU 2789203C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- optical
- laser radiation
- quantum
- magnetic field
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к технике измерения магнитного поля, а именно к области квантовых магнитометров с оптической накачкой и детектированием и может найти применение для исследования магнитных полей биологического происхождения.The present invention relates to a technique for measuring a magnetic field, namely to the field of quantum magnetometers with optical pumping and detection, and can be used to study magnetic fields of biological origin.
Одной из наиболее актуальных задач современной высокочувствительной магнитометрии является исследование магнитных полей биологического происхождения, в первую очередь - полей, генерируемых человеческим сердцем (магнитокардиография), мускулами (магнитомиография) и мозгом (магнитоэнцефалография). Этим обусловлена необходимость создания квантового магнитометра, характеризующегося чувствительностью на уровне десятков или даже единиц фТл в полосе один Гц, и быстродействием (200-600) Гц при объеме чувствительного элемента квантового магнитометра - квантового датчика в единицы см3.One of the most urgent tasks of modern highly sensitive magnetometry is the study of magnetic fields of biological origin, primarily the fields generated by the human heart (magnetocardiography), muscles (magnetomyography) and brain (magnetoencephalography). This necessitates the creation of a quantum magnetometer, characterized by sensitivity at the level of tens or even units of fTl in a one Hz band, and speed (200-600) Hz with a volume of the sensitive element of a quantum magnetometer - a quantum sensor of units of cm 3 .
Известен радиочастотный атомный магнитометр (WO 2009079054, МПК G01R 33/26, опубл. 25.06.2009), содержащий ячейку в виде светопрозрачного контейнера со щелочным металлом, снабженного нагревателем для образования пара щелочного металла, генератор магнитного поля, выполненный с возможностью приложения статического магнитного поля к пару щелочного металла, первый источник линейно поляризованного света для оптической накачки пара щелочного металла, второй линейно поляризованный источник света, выполненный с возможностью пропускания света через пар щелочного металла, детектор поляризации света, выполненный с возможностью определения угла поляризации света второго линейно поляризованного источника после его прохождения через пар щелочного металла, и процессор, выполненный с возможностью определения компонентных частот при изменении угла поляризации.A radio-frequency atomic magnetometer is known (WO 2009079054, IPC G01R 33/26, publ. 06/25/2009), containing a cell in the form of a translucent container with alkali metal, equipped with a heater for the formation of alkali metal vapor, a magnetic field generator configured to apply a static magnetic field to the alkali metal vapor, the first source of linearly polarized light for optical pumping of the alkali metal vapor, the second linearly polarized light source configured to transmit light through the alkali metal vapor, the light polarization detector configured to determine the polarization angle of the light of the second linearly polarized source after it passing through the alkali metal vapor, and a processor configured to determine the component frequencies as the polarization angle changes.
Недостатками известного радиочастотного атомного магнитометра является использование радиочастотного магнитного поля, что исключает работу нескольких подобных датчиков в компактном массиве, а также использование двух лазерных лучей для накачки и детектирования.The disadvantages of the known radio frequency atomic magnetometer is the use of a radio frequency magnetic field, which excludes the operation of several such sensors in a compact array, as well as the use of two laser beams for pumping and detection.
Известен радиочастотный атомный магнитометр (US 20100289491, МПК G01R 33/44, опубл. 18.11.2010) включающий квантовый датчик в виде светопрозрачного контейнера со щелочным металлом и внутренним парафиновым покрытием, снабженного нагревателем, генератор магнитного поля, выполненный с возможностью приложения по существу статического магнитного поля к пару щелочного металла, источник линейно поляризованного лазерного излучения, выполненный с возможностью оптической накачки пара щелочного металла, детектор поляризации лазерного излучения, выполненный с возможностью определения угла поляризации линейно поляризованного лазерного излучения после его прохождения через пар щелочного металла, и процессор, выполненный с возможностью определения компонентных частот при изменении угла поляризации. При этом источник лазерного излучения выполнен с возможностью облучения пара щелочного металла лазерным излучением, линейно поляризованным вдоль магнитного поля. В известном магнитометре фазирование магнитных моментов осуществляют радиочастотным магнитным полем, а значение измеряемого магнитного поля определяют путем определения частоты свободной прецессии магнитных моментов при выключенной оптической накачке; при этом вторым лучом линейно поляризованного лазерного излучения, отстроенным по частоте от линии поглощения, производится измерение азимута поляризации прошедшего через квантовый датчик лазерного излучения.A radio frequency atomic magnetometer is known (US 20100289491, IPC G01R 33/44, publ. 11/18/2010) including a quantum sensor in the form of a translucent container with an alkali metal and an internal paraffin coating, equipped with a heater, a magnetic field generator configured to apply a substantially static magnetic field to an alkali metal vapor, a source of linearly polarized laser radiation configured to optically pump an alkali metal vapor, a laser radiation polarization detector configured to determine the polarization angle of the linearly polarized laser radiation after it has passed through the alkali metal vapor, and a processor configured to determination of component frequencies with a change in the angle of polarization. In this case, the laser radiation source is configured to irradiate the alkali metal vapor with laser radiation linearly polarized along the magnetic field. In a known magnetometer, the phasing of the magnetic moments is carried out by a radio frequency magnetic field, and the value of the measured magnetic field is determined by determining the frequency of the free precession of the magnetic moments with the optical pumping turned off; in this case, the second beam of linearly polarized laser radiation, detuned in frequency from the absorption line, measures the polarization azimuth of the laser radiation transmitted through the quantum sensor.
Недостатком известного радиочастотного атомного магнитометра является использование радиочастотного магнитного поля, что исключает работу нескольких подобных датчиков в компактном массиве, а также использование двух лазерных лучей для накачки и детектирования.The disadvantage of the known radio frequency atomic magnetometer is the use of a radio frequency magnetic field, which excludes the operation of several such sensors in a compact array, as well as the use of two laser beams for pumping and detection.
Известен оптический квантовый магнитометр (WO2009073256, МПК G01R 33/26, опубл. 11.06.2009), включающий квантовый датчик в виде светопрозрачного контейнера со щелочным металлом и внутренним парафиновым покрытием, снабженного нагревателем, первый источник линейно поляризованного лазерного излучения, выполненный с возможностью оптической накачки пара щелочного металла, второй источник линейно поляризованного лазерного излучения, выполненный с возможностью пропускания лазерного излучения через пар щелочного металла, детектор для определения угла поляризации лазерного излучения второго источника, прошедшего через пар щелочного металла, электрооптический модулятор, содержащий модулятор Маха-Цендера, для модулирования частоты или амплитуды лазерного излучения первого источника в ответ на поляризацию, определенную детектором, и процессор, сконфигурированный для определения напряженности магнитного поля на основе частоты, определяемой счетчиком частоты. При этом поляризация лазерного излучения от первого источника не параллельна поляризации лазерного излучения от второго источника, лазерное излучение первого источника и второго источника поступает от одного лазера, первый и второй источник содержат поляризаторы, детектор поляризации лазерного излучения включает поляризатор Рошона и фотодетектор.An optical quantum magnetometer is known (WO2009073256, IPC G01R 33/26, publ. 06/11/2009), including a quantum sensor in the form of a translucent container with an alkali metal and an internal paraffin coating, equipped with a heater, the first source of linearly polarized laser radiation, made with the possibility of optical pumping alkali metal vapor, a second source of linearly polarized laser radiation, configured to transmit laser radiation through an alkali metal vapor, a detector for determining the angle of polarization of the laser radiation of the second source transmitted through an alkali metal vapor, an electro-optical modulator containing a Mach-Zehnder modulator for frequency modulation or the amplitude of the laser radiation of the first source in response to the polarization determined by the detector, and a processor configured to determine the magnetic field strength based on the frequency determined by the frequency counter. In this case, the polarization of laser radiation from the first source is not parallel to the polarization of laser radiation from the second source, the laser radiation of the first source and the second source comes from the same laser, the first and second sources contain polarizers, the laser radiation polarization detector includes a Rochon polarizer and a photodetector.
Недостатками известного оптического квантового магнитометра являются использование двух лазерных лучей для накачки и детектирования а также использование для оптической накачки атомов линейно поляризованного лазерного излучения, модулированного по амплитуде или частоте, что приводит к созданию выстраивания магнитных моментов атомов, а не их ориентации, и, как следствие, к недостаточной эффективности детектирования и к ухудшению точности измерения магнитного поля. Использование светопрозрачного контейнера с внутренним парафиновым покрытием ограничивает сверху диапазон рабочих температур датчика на уровне ~65°С, что при малых размерах датчика приводит к существенному снижению чувствительности.The disadvantages of the known optical quantum magnetometer are the use of two laser beams for pumping and detection, as well as the use of linearly polarized laser radiation modulated in amplitude or frequency for optical pumping of atoms, which leads to the creation of an alignment of the magnetic moments of the atoms, and not their orientation, and, as a result , to insufficient detection efficiency and to deterioration of the magnetic field measurement accuracy. The use of a translucent container with an internal paraffin coating limits the operating temperature range of the sensor from above to ~65°C, which leads to a significant decrease in sensitivity at small sensor sizes.
Известен оптический квантовый магнитометр (US 8421455, МПК G01V 3/00, G01R 33/02, опубл. 16.04.2013), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Оптический квантовый магнитометр-прототип включает квантовый датчик в виде снабженного нагревателем стеклянного контейнера с внутренним антирелаксационным покрытием и с размещенным в нем щелочным металлом, лазер, генерирующий линейно поляризованное излучение, соединенный с первым входом модулятора Маха-Цендера и с устройством блокировки линии дихроичного пара щелочного металла, подключеным к входу блока управления лазером, управляемый генератор, вход которого соединен с выходом блока обработки сигналов, а выход подключен к второму входу модулятора Маха-Цендера, выходы квантового датчика через многомодовые волокна, фотодиоды и дифференциальный усилитель соединены с входом блока обработки сигналов.Known optical quantum magnetometer (US 8421455, IPC
Недостатками известного оптического квантового магнитометра-прототипа является использование для оптической накачки атомов линейно поляризованного лазерного излучения, модулированного по амплитуде или частоте, что приводит к созданию выстраивания магнитных моментов атомов, а не их ориентации, и, как следствие, к недостаточной эффективности детектирования и к ухудшению точности измерения магнитного поля; а также настройка частоты лазера на частоту оптического перехода в атомах с того же сверхтонкого уровня, на котором осуществляется выстраивание магнитных моментов, что не позволяет максимально эффективно и накачивать, и детектировать магнитный резонанс. Использование светопрозрачного контейнера с внутренним парафиновым покрытием ограничивает сверху диапазон рабочих температур контейнера на уровне ~65°С, что при малых размерах датчика приводит к существенному снижению чувствительности.The disadvantages of the known optical quantum magnetometer prototype is the use for optical pumping of atoms of linearly polarized laser radiation modulated in amplitude or frequency, which leads to the creation of an alignment of the magnetic moments of the atoms, and not their orientation, and, as a result, to insufficient detection efficiency and to deterioration magnetic field measurement accuracy; as well as tuning the laser frequency to the frequency of the optical transition in atoms from the same hyperfine level at which the alignment of magnetic moments is carried out, which does not allow the most efficient pumping and detection of magnetic resonance. The use of a translucent container with an internal paraffin coating limits the operating temperature range of the container to ~65°C from above, which leads to a significant decrease in sensitivity at small sensor sizes.
Задачей настоящего технического решения является разработка оптического квантового магнитометра, который бы обеспечивал повышение чувствительности и точности измерения магнитного поля при малых размерах датчика.The objective of this technical solution is to develop an optical quantum magnetometer, which would provide increased sensitivity and accuracy of magnetic field measurements with small sensor sizes.
Поставленная задача решается тем, что оптический квантовый магнитометр включает квантовый датчик в виде светопрозрачного контейнера со щелочным металлом и буферным газом (азотом), снабженного нагревателем, устройство ввода линейно поляризованного лазерного излучения (ЛИ) управляемый генератор, амплитудный модулятор, блок обработки сигналов, выход которого подключен к входу управляемого генератора. Новым является то, что магнитометр содержит электрооптический модулятор, посредством которого происходит модуляция эллиптичности поляризации ЛИ от левой круговой (циркулярной) поляризации до правой круговой поляризации с частотой, близкой к частоте магнитного резонанса (ларморовской частоте). Магнитометр также содержит генератор сигналов, блок обработки сигналов выполнен в виде в виде устройства измерения азимута поляризации лазерного излучения и устройства фазовой автоподстройки частоты, оптический вход электрооптического модулятора соединен с устройством ввода лазерного излучения, а оптический выход с квантовым датчиком, устройство измерения азимута поляризации лазерного излучения последовательно соединено с первым входом устройства фазовой автоподстройки частоты при этом второй вход устройства фазовой автоподстройки частоты подключен к выходу управляемого генератора и входу амплитудного модулятора, выход которого соединен с модулирующим входом электрооптического модулятора, а выход генератора сигналов подключен к управляющему входу устройства фазовой автоподстройки частоты и к модулирующему входу амплитудного модулятора.The problem is solved by the fact that the optical quantum magnetometer includes a quantum sensor in the form of a translucent container with an alkali metal and a buffer gas (nitrogen) equipped with a heater, an input device for linearly polarized laser radiation (LI), a controlled generator, an amplitude modulator, a signal processing unit, the output of which connected to the input of the controlled generator. What is new is that the magnetometer contains an electro-optical modulator, by means of which the LR polarization ellipticity is modulated from the left circular (circular) polarization to the right circular polarization with a frequency close to the magnetic resonance frequency (Larmor frequency). The magnetometer also contains a signal generator, the signal processing unit is made in the form of a device for measuring the polarization azimuth of laser radiation and a phase locked loop device, the optical input of the electro-optical modulator is connected to the device for inputting laser radiation, and the optical output is connected to a quantum sensor, a device for measuring the azimuth of polarization of laser radiation connected in series with the first input of the phase locked loop device, while the second input of the phase locked loop device is connected to the output of the controlled oscillator and the input of the amplitude modulator, the output of which is connected to the modulating input of the electro-optical modulator, and the output of the signal generator is connected to the control input of the phase locked loop device and to modulating input of the amplitude modulator.
Лазерное излучение настраивается на частоту, близкую к частоте оптических переходов с нижнего сверхтонкого подуровня основного состояния атома щелочного металла. При этом в результате оптической накачки циркулярно поляризованным модулированным во времени ЛИ создается ориентация магнитных моментов атомов. Детектирование магнитного резонанса производится линейно поляризованным ЛИ, причем преимущественно детектирует резонанс на уровне, от которого оно отстроено по частоте на величину порядка сверхтонкого расщепления основного состояния; благодаря этому достигается повышенная точность измерения магнитного поля по сравнению с прототипом. Использование светопрозрачного контейнера с буферным газом позволяет по сравнению с прототипом расширить диапазон рабочих температур датчика до 110-120°С и выше, что позволяет уменьшать размеры контейнера без существенного снижения чувствительности.Laser radiation is tuned to a frequency close to the frequency of optical transitions from the lower hyperfine sublevel of the ground state of an alkali metal atom. In this case, as a result of optical pumping by circularly polarized time-modulated LR, the orientation of the magnetic moments of atoms is created. Magnetic resonance detection is performed by a linearly polarized LI, and it mainly detects resonance at a level from which it is detuned in frequency by an amount on the order of hyperfine splitting of the ground state; due to this, an increased accuracy of measuring the magnetic field is achieved in comparison with the prototype. The use of a translucent container with a buffer gas allows, in comparison with the prototype, to expand the operating temperature range of the sensor to 110-120°C and above, which makes it possible to reduce the size of the container without a significant decrease in sensitivity.
Светопрозрачный контейнер с нагревательным элементом может быть помещен в термостат с окнами для ввода и вывода лазерного излучения. Настоящее изобретение поясняется чертежом, где:A translucent container with a heating element can be placed in a thermostat with windows for input and output of laser radiation. The present invention is illustrated by the drawing, where:
на фиг. 1 схематически изображен настоящий оптический квантовый магнитометр (В0 - магнитное поле исследуемого объекта, S(t) - управляющий сигнал, fq - частота сигнала на выходе управляемого генератора, f1 - ларморовская частота, fOUT - частота выходного сигнала;in fig. 1 is a schematic representation of a real optical quantum magnetometer (B 0 is the magnetic field of the object under study, S(t) is the control signal, f q is the frequency of the signal at the output of the controlled oscillator, f 1 is the Larmor frequency, f OUT is the frequency of the output signal;
на фиг. 2 представлены формы сигналов в настоящем оптическом квантовом магнитометре (21 - сигнал на выходе управляемого генератора, 22 - сигнал на выходе генератора сигналов, 23 - сигнал на выходе амплитудного модулятора, 24 - сигнал на выходе устройства измерения азимута поляризации лазерного излучения, обрабатываемый устройством фазовой автоподстройки частоты).in fig. Figure 2 shows the waveforms in a real optical quantum magnetometer (21 - signal at the output of a controlled generator, 22 - signal at the output of a signal generator, 23 - signal at the output of an amplitude modulator, 24 - signal at the output of a device for measuring the polarization azimuth of laser radiation, processed by a phase-locked loop frequencies).
Настоящий оптический квантовый магнитометр (см. фиг. 1) включает последовательно включенные в замкнутое кольцо автоматической подстройки частоты управляемый генератор (УГ) 1, амплитудный модулятор (AM) 2, электрооптический модулятор (ЭОМ) 3, на оптический вход которого через устройство ввода лазерного излучения (УВЛИ) 4 подается лазерное излучение (ЛИ), до оптического входа ЭОМ 3 характеризующееся линейной поляризацией, квантовый датчик (КД) 5, представляющий собой светопрозрачный контейнер (СК) 6 со щелочным металлом и буферным газом, помещенный в термостат 7 с нагревательным элементом 8 и окнами 9 для ввода и вывода лазерного излучения, блок обработки сигналов в виде устройства (УАП) 10 измерения азимута поляризации лазерного излучения и устройства (УФАЧ) 11 фазовой автоподстройки частоты, выход УАП 10 соединен с первым входом УФАЧ 11, выход которого подключен к входу УГ 1, в то время как второй вход УФАЧ 11 подключен к выходу УГ 1, а также генератор сигналов (ГС) 12, выход которого подключен к модулирующему входу AM 2 и к управляющему входу УФАЧ 11, при этом выход УГ 1 является выходом оптического квантового магнитометра. Измеряемая величина магнитного поля получается из частоты выходного сигнала fOUT по формуле B0=fOUT/y, где у - гиромагнитное отношение.This optical quantum magnetometer (see Fig. 1) includes a controlled oscillator (UG) 1, an amplitude modulator (AM) 2, an electro-optical modulator (EOM) 3, connected in series in a closed loop of automatic frequency control, to the optical input of which through the laser radiation input device (SWLI) 4 laser radiation (LI) is supplied to the optical input of the
Настоящий оптический квантовый магнитометр работает следующим образом.This optical quantum magnetometer works as follows.
ЛИ накачки/детектирования, подающееся с УВЛИ 4, настраивают на частоту, близкую к частоте оптического перехода с уровня основного состояния щелочного металла (цезия, рубидия или калия) в КД 5. УГ 1 формирует периодический синусоидальный сигнал с частотой fg (см. фиг. 2, кривая 21). ГС 12 формирует управляющий сигнал S(t), представляющий собой последовательность импульсов длительностью Ti, повторяющихся через промежуток времени Т2 (см. фиг. 2, кривая 22). В течение промежутка времени T1 поляризация ЛИ варьируется от левой циркулярной поляризации до правой циркулярной поляризации по синусоидальному закону с частотой fg, близкой к ларморовской частоте fL. При этом два раза за период поляризация луча становится чисто круговой (σ±), и два раза за период - чисто линейной (п); в остальные моменты эллиптичность принимает промежуточные значения. Оптическая накачка и одновременно возбуждение магнитного резонанса осуществляется σ± компонентой луча. В течение промежутка времени Т2 поляризация ЛИ становится чисто линейной (п), что позволяет использовать луч ЛИ в качестве пробного для детектирования сигнала прецессии магнитных моментов. При этом, поскольку частота ЛИ настраивается близко к частоте оптического перехода с уровняосновного состояния щелочного металла, а атомы концентрируются в состоянии mF=F, то пробное ЛИ преимущественно детектирует резонанс на уровне, от которого оно отстроено по частоте на величину порядка сверхтонкого расщепления основного состояния атома щелочного металла (для цезия это 9.192 ГГц); тем самым реализуются условия для неразрушающего квантового измерения. Таким образом, достигаются почти оптимальные условия для детектирования. Сигналы с УГ 1 и с ГС 12 подают на входы AM 2, на выходе которого образуется сигнал, представляющий собой синусоидальный сигнал с частотой fg за время Т1 и нулевой сигнал за время Т2 (см. фиг. 2, кривая 23). Этот сигнал подают на вход ЭОМ 3, который осуществляет модуляцию поляризации ЛИ. ЭОМ 3 должен быть настроен таким образом, чтобы при нулевом значении напряжения на входе он пропускал линейно поляризованное ЛИ без изменения поляризации. Линейно поляризованное ЛИ подают через УВЛИ 4 на оптический вход ЭОМ 3. При проходе через ЭОМ 3 в течение промежутка времени T1 поляризация ЛИ изменяется от левой циркулярной поляризации до правой циркулярной поляризации по синусоидальному закону с частотой fg, что регулируется амплитудой сигнала с УГ 1, а в течение промежутка времени Т2 ЛИ поляризовано линейно. Такое ЛИ проходит через СК 6 КД 5, содержащий атомы щелочного металла (цезия или рубидия, или калия) в газообразном состоянии, а также буферный газ, препятствующий релаксации магнитных моментов атомов на стенках СК 6, помещенный в теплоизолирующий корпус термостата 7, включающий в себя нагревательный элемент 8 и датчик температуры (на чертеже не показан). После прохождения СК 6 в течение промежутка времени Т2 азимут поляризации ЛИ измеряется УАП 10, в простейшем случае представляющим собой разделитель линейных поляризаций и два фотоприемника. Сигнал с УАП 10 в течение промежутка времени Т2, являющийся сигналом свободной прецессии магнитных моментов в магнитном поле В0, представляющий собой затухающий синусоидальный сигнал на ларморовской частоте fL (см. фиг. 2, кривая 24), подается на первый вход УФАЧ 11, на второй вход которого подается сигнал с УГ 1 с частотой fg. На управляющий вход устройства УФАЧ 11 подается сигнал s(t), при этом устройство УФАЧ 11 работает таким образом, что сравнение сигналов с частотами fg и fL происходит в течение промежутка времени Т2. Устройство УФАЧ 11 в течение промежутка времени Т2 формирует сигнал U, который подается на вход УГ 1, обеспечивая подстройку частоты fg к ларморовской частоте fL. Выходным сигналом устройства является частота fouT=fg. Измеряемая величина магнитного полярассчитывается, исходя из частоты выходного сигнала W по формуле Bo=four/y, где у - гиромагнитное отношение.The pump/detection LI supplied from the
Согласно предварительным экспериментальным результатам, приведенным в [Petrenko M.V., Pazgalev A.S., Vershovskii А.К. Single-beam all-optical non-zero field magnetometric sensor for magnetoencephalography applications // Phys. Rev. Applied. 2021. Vol. 15, №6. P. 064072], по сравнению с прототипом предлагаемый квантовый магнитометр позволяет реализовать более высокую ограниченную принципиальными квантовыми шумами точность измерения магнитного поля, поскольку для ориентации магнитных моментов в нем используется модулированная во времени круговая поляризация лазерного излучения, что позволяет почти на порядок увеличить амплитуду сигнала магнитного резонанса. Дополнительное повышение точности реализуется за счет накачки на частоте оптического перехода с уровня основного состояния щелочного металла и детектировании магнитного резонанса в состоянии mF=F.According to the preliminary experimental results given in [Petrenko MV, Pazgalev AS, Vershovskii A.K. Single-beam all-optical non-zero field magnetometric sensor for magnetoencephalography applications // Phys. Rev. Applied. 2021 Vol. 15, #6. P. 064072], in comparison with the prototype, the proposed quantum magnetometer makes it possible to realize a higher magnetic field measurement accuracy, limited by fundamental quantum noise, since it uses time-modulated circular polarization of laser radiation to orient the magnetic moments, which makes it possible to increase the amplitude of the magnetic signal by almost an order of magnitude. resonance. An additional increase in accuracy is realized by pumping at the optical transition frequency from the level ground state alkali metal and magnetic resonance detection in the state m F =F.
Поскольку настоящий магнитометр должен обеспечивать возможность работы в составе больших массивов магнитометров, накачка которых осуществляется одним лазерным источником накачки, собственно лазер не включен в состав магнитометра. Настоящий квантовый магнитометр характеризуется простотой, компактностью и экономичностью, поскольку использует один лазерный оптический канал и компактный контейнер со щелочным металлом и буферным газом.Since the present magnetometer must be able to work as part of large arrays of magnetometers pumped by a single laser pump source, the laser itself is not included in the magnetometer. The present quantum magnetometer is characterized by simplicity, compactness and economy, since it uses a single laser optical channel and a compact container with alkali metal and buffer gas.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2789203C1 true RU2789203C1 (en) | 2023-01-31 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8421455B1 (en) * | 2008-09-26 | 2013-04-16 | Southwest Sciences Incorporated | Pulsed free induction decay nonlinear magneto-optical rotation apparatus |
US9244137B2 (en) * | 2013-04-25 | 2016-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical pumping magnetometer and magnetic sensing method |
RU197054U1 (en) * | 2019-12-12 | 2020-03-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | Subminiature quantum frequency standard |
RU2722858C1 (en) * | 2019-12-12 | 2020-06-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | System for thermal stabilization and magnetic shielding of absorbing cell of quantum discriminator |
RU2733701C1 (en) * | 2020-03-13 | 2020-10-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Лазерлаб" (ООО "Лазерлаб") | Quantum sensor and methods for measuring transverse component of weak magnetic field (versions) |
RU2744814C1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)" | Fluctuation optical magnetometer |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8421455B1 (en) * | 2008-09-26 | 2013-04-16 | Southwest Sciences Incorporated | Pulsed free induction decay nonlinear magneto-optical rotation apparatus |
US9244137B2 (en) * | 2013-04-25 | 2016-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical pumping magnetometer and magnetic sensing method |
RU197054U1 (en) * | 2019-12-12 | 2020-03-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | Subminiature quantum frequency standard |
RU2722858C1 (en) * | 2019-12-12 | 2020-06-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук | System for thermal stabilization and magnetic shielding of absorbing cell of quantum discriminator |
RU2744814C1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)" | Fluctuation optical magnetometer |
RU2733701C1 (en) * | 2020-03-13 | 2020-10-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Лазерлаб" (ООО "Лазерлаб") | Quantum sensor and methods for measuring transverse component of weak magnetic field (versions) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8587304B2 (en) | Optical atomic magnetometer | |
US20180238974A1 (en) | Gradient Field Optically Pumped Magnetometer | |
US9869731B1 (en) | Wavelength-modulated coherence pumping and hyperfine repumping for an atomic magnetometer | |
Allred et al. | High-sensitivity atomic magnetometer unaffected by spin-exchange relaxation | |
Budker et al. | Nonlinear magneto-optical rotation with frequency-modulated light | |
Li et al. | Continuous high-sensitivity and high-bandwidth atomic magnetometer | |
Gerginov et al. | Pulsed operation of a miniature scalar optically pumped magnetometer | |
US3501689A (en) | Magnetometer | |
Gilles et al. | Laser pumped 4He magnetometer | |
Troullinou et al. | Squeezed-light enhancement and backaction evasion in a high sensitivity optically pumped magnetometer | |
US20100289491A1 (en) | Radio frequency atomic magnetometer | |
Higbie et al. | Robust, high-speed, all-optical atomic magnetometer | |
US9097750B2 (en) | Dual purpose atomic device for realizing atomic frequency standard and magnetic field measurement | |
CN109342980A (en) | Monochromatic light Mx atom magnetometer based on elliptical light | |
Breschi et al. | A high-sensitivity push-pull magnetometer | |
CN105929458A (en) | Aeromagnetic field vector detecting device and detecting method | |
WO2013055246A2 (en) | A method and a device for the measurement of changes in magnetic field | |
Li et al. | Polarization measurement of Cs using the pump laser beam | |
US11313925B2 (en) | Quantum sensor based on rare-earth-ion doped optical crystal and use thereof | |
Zhao et al. | A vector atomic magnetometer based on the spin self-sustaining Larmor method | |
Zhang et al. | Heading-error-free optical atomic magnetometry in the earth-field range | |
Di Domenico et al. | Experimental study of laser-detected magnetic resonance based on atomic alignment | |
RU2789203C1 (en) | Optical quantum magnetometer | |
RU2704391C1 (en) | Method of controlling an atomic magnetometric sensor when operating as part of a multichannel diagnostic system | |
Yu et al. | Partial measurements of the total field gradient and the field-gradient tensor using an atomic magnetic gradiometer |