Магнитометр с оптической накачкой Советский патент 1990 года по МПК G01R33/26 

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано в метрологических и научных целях.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности магнитометра.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитометре с оптической накачкой, содержанием расположенные последовательно на единой оптической оси спектральную лампу, возбуждаемую от генератора поджига разряда,передающий светопровод, выполненный в виде четырехугольной призмы со скошенными под углом 135° и 45° входной и выходной гранями, причем на выходную грань наклеен циркулярный поляризатор, образованный линейным поляризатором и четвертьволновой фазовой пластинкой поглощающую ячейку с парами атомов щелочного металла, приемный светопровод, выполненный в виде четырехугольной призмы с наклоными входной и выходной гранями, а также фотоприемник, связанный через блок управления с радиочастотной катушкой, намотанной на поглощающую ячейку, оптическая толщина d поглощающей ячейки выбрана в соответствии с выражением

Ь /2 + 2,5(l-P)t 2,5(1-R)

Ъ t Б. высота светопровода; толщина стенок поглощающей ячейки ,

коэффициент, учитывающий потери на отражение от стенок поглощающей ячейки и граней приемного светопровода .

роме того, передающий светопровыполнен со скосом нижней бокограни под углом Ј , определяемым жением

0,2Ь L- п

де

1 п.

50

длина светопровода, показатель преломления материала четвертьволновой фазовой пластинки, а приемный светопровод выполнен со скосом входной грани под углом 31 , а выходной - под углом 4Ь .55

Помимо этого поглощающая ячейка выполнена в виде двояковыпуклой линвах.

1552142й

эы с максимальной толщиной в центре,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

равной d.

На чертеже приведена функциональная схема магнитометра.

Магнитометр с оптической накачкой, включает в себя расположенные последовательно на единой оптической оси спектральную лампу 1, установленную в зазоре магнитной системы 2 и возбуждаемую от генератора 3 поджига разряда, передающий светопровод 4, выполненный в виде четырехугольной призмы со скошенной под углом нижней боковой гранью и с входной и выходной гранями, выполненными под углом соответственно 135° и 45°, причем на выходную грань светопровода 4 наклеен циркулярный поляризатор 5, образованный линейным поляризатором и четвертьволновой фазовой пластинкой, поглощающую ячейку 6, выполненную в форме двояковыпуклой линзы, приемный светопровод 7, представляющий собой четырехугольную призму с входной и выходной гранями, скошенными соответственно под углом и 45, а также фотоприемник 8, который через блок 9 управления связан с радиочастотной катушкой 10.

Магнитометр работает следующим образом.

Высокочастотный генератор 3 возбуждает высокочастотный безэлектродный разряд в спектральной лампе 1, обеспечивая интенсивный поток резонансного света в направлении оптической оси прибора. Проходя через светопровод 4 в циркулярный поляризатор 5, свет приобретает круговую поляризацию и попадая на поглощающую ячейку, осуществляет в ней поляризацию атомных спинов. Макроскопически это проявляется в изменении оптической плотности атомного пара и, как следствие, приводит к вполне определенному уровню засветки фотоприемника 8. Если далее на радиочастотную катушку 10 подается высокочастотное напряжение на частоте f, равной частоте f0 прецессии атомных спинов в измеряемом магнитном поле, то в системе ориентированных атомов наступает магнитный резонанс, сопровождающийся изменением оптической плотности атомного пара в поглощающей ячейке 6. Наличие резонанса фиксируется посредством приемного светопровода 7 с помощью фотоприемника 8

51

в виде электрического сигнала, выде- ляемого на его нагрузке. При этом, поскольку толщина поглощающей ячейки 6 выбрана исходя из условия обеспечения максимума произведения количества рабочих атомов на величину осве01аемой площади входной грани приемного светопровода, то полезный сигнал на нагрузке фотоприемника . приобретает максимальное значение.

Кроме того, поскольку передающий светопровод 4 содержит скос нижней боковой грани под углом Ј, то за счет многократных отражений макси- мум интенсивности света на выходе светопровода получает угловое смещение относительно нормали к выходной грани светопровода, равное 14° (или 31 относительно направления измеряемого поля), что при оптимальной толщине поглощающей ячейки обеспечивает дополнительное увеличение уровня полезного сигнала,

Для уменьшения потерь, связанных с рассеиванием света от стенок поглощающей ячейки, а также потерь, обусловленных отражениями от входной грани приемного светопровода, поглощающая ячейка выполняется в фор ме двояковыпуклой линзы, а срез входной грани приемного светопровода выполняется под углом 90°-59° 31° относительно его боковой грани.

При сканировании частоты f радио- поля в окрестности резонансного. значения с некоторой частотой 51 , осуществляемом посредством блока 9 управления, максимум сигнала магнитного резонанса соответствует миниму- му сигнала первой гармоники напряжения частоты сканирования, выделяемого на нагрузке фотоприемника 8. В этом случае совокупность приведенных на рисунке узлов образует замкнутый контур следящей системы, обеспечивающей с точностью до динамических ошибок автоматическое совпадение частоты радиополя f с частотой магниного резонанса f0. Формула изобретения

1. Магнитометр с оптической накачкой, содержащий последовательно

5 0

5 0

о 5

5

426

расположенные на единой оптической оси спектральную лампу, возбуждаемую от генератора поджига разряда, передающий светопровод, выполненный в виде четырехугольной призмы со скошенными под углом 135 и 45е входной и выходной гранями, причем на выходной грани установлен циркулярный поляризатор, образованный линейным поляризатором и четвертьволновой фазовой пластинкой, поглощающую ячейку с парами атомов щелочных металлов, приемный светопровод, выполненный в виде четырехугольной призмы с наклонными входной и выходной гранями, а также фотоприемник, электрически соединенный через блок управления с радиочастотной катушкой, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, максимальная толщина d в центре поглощающей ячейки выбрана в соответствии с выражением

Н b V2 + 2,5(l-B)t 2,5С-Р)

где Ъ - высота светопровода;

t - толщина стенок поглощающей ячейки;

R - коэффициент потерь на отражения от стенок поглощающей ячейки и граней светопровода .

2.Магнитометр по п. I, отличающийся тем, что передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом Ј , определяемым выражением

.2Ь

1-пс

где 1 - длина светопровода,

пс- показатель преломления ма-. териала четвертьволновой фазовой пластинки.

3.Магнитометр по пп.1 и 2, отличающийся тем, что поглощающая ячейка выполнена в виде двояковыпуклой линзы с максимальной толщиной в центре.

Изобретение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано в метерологических и научных целях. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности магнитометра. Устройство содержит спектральную рамку 1, магнитную систему 2, генератор 3 поджига разряда, передающий светопровод 4, циркулярный поляризатор 5, поглощающую ячейку 6, приемный светопровод 7, фотоприемник 8, блок 9 управления, радиочастотную катушку 10. Поставленная цель достигается тем, что максимальная толщина в центре поглощающей ячейки, выполненной в виде двояковыпуклой линзы, выбрана в соответствии с выражением D=B√2 + 2,5(1-R)T/2,5(1-R), где B - высота светопровода, T - толщина стенок поглощающей ячейки, R - коэффициент потерь на отражения от стенок поглощающей ячейки и граней светопровода. Передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом ε. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.