Чувствительный элемент самогенерирующего квантового магнитометра с оптической ориентацией метастабильных атомов гелия Советский патент 1976 года по МПК G01R33/00 

та их составляет 400-500 КГц. С помощью такого магнитометра практически невозможно измерять зем.ное магнитное поле и магнитные ноля Превосходящие его по величине.

Кроме того, оптическая накачка в этом магнитометре осуществ;1яется свето.м с длиной волны 0,3889 мк.м, нри этом степень оптической ориентации метастабильных атомов гелия гораздо меньше, чем в случае оптической накачки светом с длиной волны 1,083 м«м. следовательно, гораздо ниже будет и чувствительпость такого магнитометра.

Прототипом настоящего изобретения является чувствительный элемент еамогенерирующего квантового магнитометра, соетоящнй из спектральной лампы накачки с отражателем, поляроида и пластинки К/4, для получения света круговой поляризации с длиной волны 1,083 мкм, камеры поглощения, высокочастотцого генератора для возбуждения разряда в спектральной лампе и камере поглопдения, линзы, фотонриемпика, широкополосного усилителя € заданной фазовой характернстнко, и радиочастотной катушки 2.

Примененный в этом устройстве в качестве фотоприемпика фотодиод р-i-и-типа обладает меньшей емкостью перехода и, следовательно, более широкой частотиой полосой чувствительиости по сравнению с обычными р - /г-фотодиодами.

Однако для получения высокой чувств)тельиости устройства чувствительность фотодиода на высокой частоте недостаточна даже нри измерении земного магнигного ноля, поскольку в этом Случае фотоприемпик работает уже на спаде частотной характеристики.

С целью новыше-н.ия чувствите.чьности и распл-феиия диапазона измеряемых магнитных нолей предлагаемый чувствительный элемент самогеиерирующего квантового .viarnnтометра с оптической ориентацией метастабильных атомов гелия снабжен вторым циркуляр} ым поляризатором на дл,ипу волны 0,3889 мкм, установленным в одной плоскости с первым поляризатором иа длипу волпы 1,083 мкм, а полоса спектральной чувствительности фотоприемника соответствует длине волиы второго циркуляриого иоля зизатора (0,3889 мкм).

Таким образом, в падающем на камеру поглощения свете накачки, кроме циркулярного поляризованного света с длиной волны 1,083 мкм, осуществляюлцего оптическую ориентацию метаетабильных атомов гелия, присутствует циркулярно Поляризованный свет с длиной волны 0,3889 мкм. Для регнстрацин резонансного сигнала нримеиен безынерционный фотоэлеме1гг, обладаюпи1Й высоко спектральной чувствптельноетью па длине волпы 0.3889 .мкм.

На фиг. 1 представлена функционал1зпая схема чувствительного элелгепта самогенерирующего квантового магппто.метра с оптической ориентацией метастабильных атомов гелия; на фиг. 2-диаграмма энергегических

уровней атома Не и онтические переходы, участвующие в работе чувствительного эле.мента.

Чувствительный элемент содержит генера тор 1 для возбуждения разряда в гелиевой лампе накачки иВ камере поглощения (фиг. 1), лампу 2 накачки с отражателем 3, поляроид 4 и п.иастинку 5 /,/4, представляющие собой циркулярцый поляризатор для пол чения круго)юй поляризации света с длиной волны 1,083 мкм, поляроид 6 и пластинку 7 л/4 для нолучения круговой поляризации света с длипой волны 0,3889 мкм, камеру 8 поглощения, линзу 9; фотоприемцик 10, щирокополосный усилитель 11 обратной связи с заданной фазовой характеристикой 4, радиочастотную катушку 12.

Гелиевая лампа 2, в которой возбуждается безэлектродный выеокочастотный разряд, создает резонансное излучение на длинах волн 1,083 мкм п 0,3889 мкм. Нзлучение с длиной волны 1,083 мкм, соответствующее переходу 2-S -2-Pc,i,2 (фиг. 2), пройдя через круговой поляризатор 4, 5, попадает в камеру 8 поглоН1ения и поглощается в ней метастабильными атомами Не которые создаются слабым высокочастотныл1 разрядом. В результате происходит оптическая ориентация магнитных моментов атомов Не в состоянии .

Свет е длиной волпы 0,3889 .мк.м, соответствуюпщй переходу .2, пройдя круговой полярпзатор 6, 7, попадает также в камеру поглоц.1енпя. При магпитном резонансе в состоянии свет с длиной волны 0,3889 мкм модулируется е чаетотой ,8 10 HO Гц. Резонансный сигнал на частоте модуляции регистрируется безынерциопным фотоэлементом 10 и используется для поддержапия непрерывных колебаний с по.мощью капала положительной обратной связи, в который входят широкополосный усилитель II и радиочастотная катушка 12.

Применение для регистрации ларморовской прецесспн света с длиной волны 0,3889 мк.м позволяет использовать фотоприе.мник, который обладает большим квантовым выходом п высокой чуБСТвител Шостью и способеп регист)ировать сигг1а; Ы в очень Щироком диапазоне частот. Такая регистрация в сочетапии с эффективной оптической накачкой светом с длнной волны 1,083 мкм позволяет в нееколько раз увеличить чув.стБительность устройства и не менее чем в 10 раз расщирить диапазон измеряемых магнитных нолей.

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я

Чувствительный элемент самогенерИруюшего квантового магнитометра е оптической о 5иептацией метастабильных атомов гелия, содержаи1пй спектральную лампу накачки, циркулярный поляризатор иа длину волны 1,083 мкм, камеру поглощения и фотоприемник, расноложенные иа одной ОНтической оси, подключенный к фотопрнелшику усилитель

обратной связи, радиочастотную катушку, охватывающую камеру поглощения и иодключенную к усилителю обратной связи, высокочастотный генератор возбуждения разряда в спектральной ламие и камере поглощения, отличающийся тем, что, с целью иовыщения чувствительности и расщирения диапазона измеряемых магнитных полей, он снабжен вторым циркулярным поляризатором на длицу волны 0,3889 мкм, установленным в

одной плоскости с первым поляризатором, а полоса спектральной ч)вствительности фотоприемника соответствует длине волны второго циркулярного поляризатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент США № :3725775, G 01R 3/00 1974 г.

2.Авт. св. 297321, G 01R 3/00, 1971 г. (прототип).

,J Ij