СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Советский патент 1973 года по МПК G01R33/26 

1

Изобретение относится к области магнитометрии и может быть использовано в квантовых магнитометрах с оптической накачкой на парах щелочных металлов.

Известны способы измерения магнитных полей путем регистрации частоты переходов в зеемановской структуре основного состояния паров щелочных металлов.

Предлагаемый способ исключает зависимость результатов измерений от ориентации вектора магнитного поля. Для этого в рабочем объеме, заполненном парами, например, щелочного металла, создают радиополе, имеющее области с тремя ортогональными составляющими, возбуждающее переходы ,+1.

Такое поле может быть создано, например, при помощи одного или нескольких дипольных излучателей. Измерение при этом осуществляется путем совмещения частоты радиополя с частотой перехода, что индицируется по -минимуму прозрачности паров.

На фиг. 1 приведена кон-фигурация магнитного поля одной из возможных реализаций системы возбуждения радиоттоля в виде точечного магнитного диполя /. Объем образца 2 обозначен пунктиром.

Переходы , ±1 требуют создания разности населенностей между состояниями сверхтонкой структуры. Последняя

может быть достигнута путем облучения образца неполяризованным светом, например, с использованием изотонической структуры вещества или оптического фильтра для сверхтонких компонентов. Такой процесс накачки «е зависит от взаимной ориентации направления ра,спространения накачивающего света и вектора постоянного (измеряемого) магнитного поля ЯоЧастоты Vm,m. переходов , ±1 зависят от величины слабого магнитного поля Яо следующим образом;

чт,„, vj + т ( + /) Н, + В (,) Но ,

В (niimz) - постоянные для каждого

вещества;

vo - частота, соответствующая расщеплению сверхтонкой структуры основного состояния.

В этом случае не существует двух одинаковых или близких частот переходов, разрещенных правилами отбора Д/- ±1; , ±1 и возможно регистрировать только один переход, т. е. частота перехода будет зависеть только от величины поля Яо, а зависимости наблюдаемой частоты резонанса, связанные с

перекрытием линий, характерные для переходов типа + , не будут иметь места.

При использовании переходов Af ±1, + l могут быть выбраны линии, связывающие только два состояния.

Система возбуждения радиополя для устранения мертвых зон в регистрации рабочего перехода может быть выполнена в виде системы активных или пассивных диполей (замедляющей структуры), выполненных таким образом, чтобы обеспечить существование в пределах рабочего объема колбы областей, в которых ориентация вектора радиочастотного поля имеет проекции на три ортогональных направления.

В блок-схеме (см. фиг. 2) предлагаемого способа источник накачки 3 предназначен для создания разности населенностей между состояниями сверхтонкой структуры паров рабочего вещества в ячейке 4. Точечный диполь 5, пространственная ориентация вектора магнитного поля которого имеет в объеме ячейки три области с ортогональным направлением вектора Яо. соединен с блоком формирования частоты перехода 6, питающегося от перестраиваемого генератора 7. Частота генератора 7 управляется следящей системой подстройки частоты 8, которая регулирует выходную частоту блока формирования частот до точного совпадения с частотой перехода в ячейке с парами. Совпадение частоты перехода с частотой радиополя контролируют по минимуму прозрачности ячейки 4 для источника 3 с помощью фотоприемника 9.

Так как источник излучает иеполяризованный свет, то процесс накачки и детектирования не зависит от угла G между вектором

постоянного магнитного поля Яо и направлением распространения света. Возбуждение переходов осуществляют «точечным диполем и, в пределах объема ячейки, при произвольной ориентации поля Но всегда существуют области с необходимой поляризацией радиополя. При произвольной ориентации измеряемого магнитного поля Яо относительно системы координат, связанной с прибором,

накачка и детектирование населенностей будет осуществляться, так как свет неполяризован. С другой стороны, хотя бы в одной из областей образца будет выполнено правило поляризации для рабочего перехода, т. е. система измерения будет работать при произвольных ориентациях постоянного поля, а измеренная частота перехода зависит только от величины поля Яо.

Предмет изобретения

Способ измерения напряженности магнитного поля путем создания разности населенностей между уровнями сверхтонкой структуры за счет оптической накачки, формирования электромагнитного поля и возбуждения выбранного перехода, отличающийся тем, что, с целью исключения зависимости сигналов и результатов измерения от ориентации измеряемого магнитного поля, в рабочем объеме с парами формируют электромагнитное поле, имеющее, в пределах образца, области с тремя ортогональными ориентациями вектора, например, системой активных или пассивных

диполей, и измеряют магнитное поле, совмещая частоту электромагнитного поля с частотой рабочего перехода.