SU532831A1 - Квантовый магнитометр с оптической ориентацией метастабильных атомов гели - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области магни метрических устройств и может найти применение в технике точного измерени  земн го космического и искусственно создаваемых магнитных полей, Известные квантовые магнитомеры с оптической ориентацией атомов шелочных металлов и гели  обладают самой высокой из известных магнитометрических устройст чувствительностью и точностью . Однако такие магнитометры имеют нелинейную зависимость между величиной измер емого магнитного пол  и частотой магнитного резонанса, что требует введени  соответствующих поправок при точном измерении магнитного пол . Кроме того,, атомы шелочных металлов имеют в слабых пол х ( 1 гс) неразрешенную сверхтонкую структуру спектра, что приводит к уг- ловой зависимости показаний магнитометра Такие магнитометры также имеют значительную температурную .зависимость чувствительности , что требует тщательного термостатировани  l. Известен также квантовый магнитометр с оптической ориентацией метастабипьных атомов гели , содержащий спектральную лампу накачки, циркул рный пол ркаатор, камеру поглощени , фотоприемник, высокочастотные генераторы дл  возбуждени  разр да в спектральной пампе накачки и в камере поглощени , радиочастотный контур, охватывающий камеру поглощени , радиочастотный генератор, систему автоподстрой- ки частоты радиочастотного генератора и систему измерени  частоты f2. Такой магнитометр имеет линейную зависимость между частотой магнитного резонанса и величиной измер емого магнитного пол  и не требует термостатировани . Однако в этом магнитометре дл  регистрации магнитного резонанса метастабиль- ных атомов гели  применен фотоприемник, который регистрирует изменение интенсивности света накачки, проход щего через камеру поглощени  . При такой регистрации фотоприемник подвергаетс  интенсивной пос«то нной засветке, что приводит к по влению значительной посто нной составл ющей тока в цепи фотоприеьшика и, спедоватепьно, к большому уровню шумов. Кроме того, в та|ком устройстве необходимо обеспечить вы-ь рокую стабильность источника света нака Цепь изобретени  - повысить чувствительность магнитометра и снизить требо- вани  к стабильности источника света накёчЭто достигаетс  тем, что квантовый магнитометр с оптической ориентацией метастабипьных атомов гели  снабжен ок (ватывающим камеру поглощени  отражате- 1лем с диэлектрическим покрытием, пропускаю 1щим излучение на дл1р1е волны света накач- (ки (l,O83 мкм) и отражающим излучение IB видимой и ультрафиолетовой област х спе 1тра , а сигнал магнитного резонанса регистА рируетс  фотоприемником, который обладает высокой спектральной чувствительностьк iB видимой и ультрафиолетовой област х {спектра и регистрирует изменение интенсив |ности излучени  плазмы в камере поглоще- ни  при магнитном резонансе/ На чертеже представлена функциональна схема квантового магнитометра с оптичес-j кой ориентацией метастабильных атомов гели  Магнитометр содержит спектральную лам1пу 1 накачки с отражателем, пол роид 2 ,на волны 1,083 мкм, пластинку 3/ ,/А/4, камеру поглощени  4, отражатель 5 с диэлектрическим покрытием, высокочасто1г ,ный генератор 6 дл  возбуждени  разр да в спектральной лампе накачки, высокочастотный генератор 7 дл  возбуждени  слабого разр да в камере поглощени , радио- ; частот 1ую катушку8, фотоприемник 9, резбнансный усилитель 1О, фоточувствительный:, {детектор 11, генератор модул ции 12 радио|частотный генер атор 13, систему 14 изме .рени  частоты Гелиева  пампа, в которой возбуждает|С  безэлектродный высокочастотный разр д, :создает резонансное .излучение на длине волны 1,О83 мкм. Это излучение, пройд  через циркул рный пол ризатор и отражатель , который  вл етс  пропускающим фильтром на этой-длине волны, попадает в каме- ру поглощени  и поглощаетс  в ней мета Стабильными атомами Не j которые создаютс  слабым высокочастотным разр дом. В результате этого происходит оптическа  ориентаци  магнитных моментов метаст&бнльных атомов Не в направлении луча света. Измер емое магнитное попе Н ориентировано также в атом направлении. Если к системе метастабипьных атомов Не приложено перпендшсуп рно к магнитному пошо Ид , слабое радвочастотное п( е Н, частота которого равна ларморовсой частоте атомов Не в магнитном поле , то оптическа  ориентаци  метастабильых атомов Не будет разрушатьс . При том интенсивность излучени  на всех пи шх атомов гели  видимой и ультраиолетовой областей спектра увеличиватс  Изменение интенсивности капу- чени  атомов гели  в плазме г ового разр да, как и само это излучение,  вл етс  изотропным. При помоши отражателе это излучение собираетс  почти в полном гелесном угле и регистрируетс  фотоприемпиком . Резонансный сигнал с нагрузки фогопр1змника поступает на вход узкополос- ного усилител  и далее на вход системы |автоподстройки частоты радиочастотного генератора. Частота радиочастотного генератора f измер етс  частотомером. Величина измер емого магнитного поп  редел етс  из соотношени  HQ i/y где гиромагнитное отношение метастабиль|JHoro атома Не , известное с большой точ |ностью. Таким образом, применение отражател  Ь диэлектрическим покрытием дает возможность регистрировать сигнал магнитного резонанса на длинах волн, отличных от дл№ны волны света накачки, и устранить пр 1мую зж;ветку фотоприемника источником света накачки. Вследствие этого боле чем , |на пор док уменьшаетс  величина посто нной составл юш;ей тока фотоприе шика, а следовательно , уменьшаетс  и уровень шумов фотоприемника. Благодар  возможности использовани  фотоприемншса в видимой и ультрафиолетовой област х спектра, который имеет квантовый выход больший, по сравнению с фотоприемниками, регистрируюишми свет с длиной волны 1,083 мкм, и -. применению отражател  с диэлектрическим покрытием чувствительность магнитометра увеличитс  почти на пор док. Кроме того, поскольку свет спектральной лймпь лакачки- не регистрируетс  фо- топриешшком, требовани  к стабильности источника- -CBeTa накачки уменьшаютс  в 10 раз. Формула зобретени  Квантовый магнитометр с оптт1ческой -Ориентацией метастабильных атомов гели , содержащий спектральную лампу накачки, Циркул рный пол ризатор, камеру погпои:е- |ни , фотоприемник, расположенные на одной оптической оси, высокочастотные генераторы дл  возбуждени  разр да в каме-

ре поглощени  и спектральной лампе накачки , радиочастотную катушку, охватывающую камеру поглощени  с подключенным к ней ,радночастотным генератором, систему автоподстройки радиочастотного генератора н систему измерени  частоты, отличающийс  тем, что, с целью повы4шени  чувствительности магнитометра и снижени  требований к стабильности источника света накачки, он снабжен охватьша4 юшим камеру поглощени  отражателем с диэлектрическим покрытием, пропускающим

;излучение, соответствующее длине волны света накачки, а фoтoпpиe a ик вьполнен чувствительным к излучению камеры

погпощени  только в видимой и ультрафиолетовой област х спектра.

Источники информации, прин тые во вни (мание при экспертизе: , 1. Je-nsen H.,Geoptiysics v. зо, 875, 1965.

2. А.К. Keifser, J. A-Hice und L.T-Stiear-er. 1ог аг of (jeophvs-Tles. v.66, 4163, 196V

(прототип).

Hff