SU297321A1

SU297321A1 - GENERATING ON THE LARMOR FREQUENCY QUANTUM MAGNETOMETER WITH OPTICAL PUMPING

Info

Publication number: SU297321A1
Application number: SU1363842A
Authority: SU
Original assignee: Р. А. Житников , П. П. Кулешов Ордена Ленина физико технический институт А.

Description

Изобретение относитс к магнитометрическим устройствам и может нримен тьс в технике точного измерени земного или космического магнитных полей и их вариаций, св занных как € природными, так и с искусственно вызванными влени ми.The invention relates to magnetometric devices and can be applied in the technique of accurate measurement of the earth or cosmic magnetic fields and their variations associated both with natural and artificially induced phenomena.

Известны самогенерирующие квантовые магнитометры с оптической накачкой атомов щелочных металлов, в основном цезиевые и рубидиевые, которые содержат чувствительные элемент и схему регистрации частоты.Known self-generating quantum magnetometers with optical pumping of alkali metal atoms, mainly cesium and rubidium, which contain a sensitive element and a frequency detection circuit.

Однако эти магнитометры имеют р д недостатков . Зависимость между измер емым магнитным полем и частотой генерации вл етс у них нелинейной. Это заставл ет вводить соответствующую поправку дл точного измерени модул полного вектора магнитного пол или его компонент, что делает прибор значительно сложнее. Та,кие магнитометры дают резонансный сигнал с неразрешенной структурой. Это приводит к тому, что показани такого прибора (частота генерации в зависимости от величины внещнего магнитного пол ) обладают большой ориентационной зависимостью, т. е. существенно завис т от угла между оптической осью прибора и направлением внешнего магнитного пол .However, these magnetometers have a number of drawbacks. The relationship between the measured magnetic field and the generation frequency is non-linear for them. This makes it necessary to introduce an appropriate correction to accurately measure the modulus of the total vector magnetic field or its components, which makes the device much more difficult. Ta magnetometers give a resonant signal with an unresolved structure. This leads to the fact that the readings of such a device (generation frequency depending on the magnitude of the external magnetic field) have a large orientation dependence, i.e., significantly depend on the angle between the optical axis of the device and the direction of the external magnetic field.

их температурна зависимость, требующа жесткого термостатировани и создающа дополнительные трудности при эксплуатации устройства. Наконец, -быстродействие такихtheir temperature dependence requires hard thermostatic control and creates additional difficulties in the operation of the device. Finally, the performance of such

магнитометров, т. е. частотна зависимость чувствительности прибора к вариаци м магнитного пол , невелико и вл етс недостаточным дл р да применений.The magnetometers, i.e., the frequency dependence of the sensitivity of the device to variations of the magnetic field, is small and insufficient for a number of applications.

Цель предлагаемого изобретени - получение в магнитных пол х не ниже земного линейной зависимости между магнитным полем и частотой сигнала, исключение температурной зависимости показаний, снижение инерционности магнитометра и уменьшениеThe purpose of the present invention is to obtain in magnetic fields no lower than the earth’s linear dependence between the magnetic field and the frequency of the signal, eliminating the temperature dependence of the readings, reducing the inertia of the magnetometer and

ориентационной зависимости.orientational dependence.

Предлагаемое изобретение по сн етс чертежом .The invention is illustrated in the drawing.

Магнитометр содержит генератор 1 дл возбуждени разр да в гелиевой лампе и вThe magnetometer contains a generator 1 for initiating a discharge in a helium lamp and in

камере поглощени , гелиевую лампу 2 со -сферическим отражателем 5, пол роид 4 и пластинку 5 дл получени света круговой пол ризации , камеру 6 поглощени , линзу 7, фотоприемник 8, широкополосный усилитель 9absorption chamber, helium lamp 2 with -spherical reflector 5, polaroid 4 and plate 5 for receiving light of circular polarization, absorption chamber 6, lens 7, photodetector 8, broadband amplifier 9

с заданной фазовой характеристикой, радиочастотную катушку 10 и схему 11 измерени частоты.with a given phase response, an RF coil 10, and a frequency measurement circuit 11.

длине волны l,083ij,. Это излучение, пройд через круговой пол ризатор, попадает в камеру 6 поглощени и взаимодействует в ней с метастабильными атомами Не, которые создаютс слабым высокочастотным разр дом. При наличии внешнего посто нного Но и радиочастотного , создаваемого катушкой 10, магнитных полей, световой луч, прошедший через камеру 6 поглощени , будет модулирован по амплитуде, если угол между досто нным магнитным полем и лучом света не равен 0° или 90°. Частота этой модул ции равна частоте зеемановских переходов. Этот сигнал используетс дл поддержани непрерывных колебаний с помощью канала положительной обратной св зи, в который вход т широкополосный усилитель 9 и радиочастотна катушка 10.wavelength l, 083ij ,. This radiation, transmitted through a circular polarizer, enters the absorption chamber 6 and interacts in it with metastable He atoms, which are created by a weak high-frequency discharge. If there is an external constant Ho and radio frequency, created by the coil 10, magnetic fields, the light beam passing through the absorption chamber 6 will be amplitude modulated if the angle between the magnetic field and the light beam is not 0 ° or 90 °. The frequency of this modulation is equal to the frequency of Zeeman transitions. This signal is used to maintain continuous oscillations using a positive feedback channel, which includes a broadband amplifier 9 and a radio frequency coil 10.

Дл выполнени условий самовозбуждени широкополосный усилитель 9 должен иметь определенную фазовую и амплитудную характеристику во всем диапазоне частот работы прибора. Частота автоколебаний в такой системе линейно св зана с модулем вектора напр женности посто нного магнитного пол Но и, таким образом, может использоватьс дл измерени этого магнитного пол и его вариаций.In order to fulfill the conditions of self-excitation, the broadband amplifier 9 must have a certain phase and amplitude response over the entire frequency range of the instrument. The frequency of self-oscillations in such a system is linearly related to the modulus of the vector of a constant magnetic field. But, thus, can be used to measure this magnetic field and its variations.

Предмет изобретени Subject invention

Самогенерирующий на ларморовской частоте квантовый магнитометр с оптической накачкой , содержащий чувствительный элемент и схему регистрации частоты, отличающийс тем, что, с целью получени в магнитных пол х не ниже земного линейной зависимости между магнитным полем и частотой сигнала, исключени температурной зависимости показаний , снижени инерционности прибора и уменьшени ориентационной зависимости, его чувствительный элемент выполнен в виде спинового генератора с оптической накачкой и магнитным резонансом метастабильных атомов гели -4.An optically pumped quantum magnetometer, self-generating at a Larmor frequency, containing a sensitive element and a frequency detection circuit, characterized in that, in order to obtain in magnetic fields no lower than the earth’s linear relationship between the magnetic field and the signal frequency, to eliminate the temperature dependence of the readings, to reduce the inertia of the instrument and reduce the orientational dependence, its sensitive element is designed as a spin generator with optical pumping and magnetic resonance metastable toms gels -4.