Квантовый магнитометр Советский патент 1977 года по МПК G01R33/00 

дополнительно содержит щелочной металл, лампа накачки содержит такой же щелочной металл, причем фотоприемник и циркулярный поляризатор выбраны па длину волны света пакачки Biвeдeннoгo щелочного металла; в качестве последнего может быть выбрап рубидий или пезий.

В этом случае иеравповесная населенпость зеемановских подуровней метагтабильного 2S состояния атомов гелия 4, и тем самым .1(ре.имуи1,ественная орие1Паиия спинов моментов этих лтомов, создается за счет столкновений их с оптически ор ентированными атомами щелочного металла в отличие от обычно используемого метода олтической ориептапии метастабильных атомов гелия - 4 путем облучения их светом с резонансной длиной волны (. ,083 мкм).

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого магнитометра.

Он содержит лампу 1 накачки, поляроид 2, четвертьволнов)Ю иластинку 3, камеру 4 ноглон;енпя, jenepaTOp 5 возбуждения разряда, линзы 6, фотоприемник 7, радиочастотную катушку 8, узкополосный усилитель 9, синхронный детектор 10, генератор 11 модуляции, радиочастотный генератор 12, систему 13 регистрации частоты.

Предложецный магнитометр работает следующим образом.

Циркулярно поляризованный свет лампы, содержащей щелочной металл, производит оптическую ориентацию атомов этого же металла, находящегося в камере поглощения, с преимущественным заселением, например, уровня inj + ll2 этих атомов. При столкновениях этих оптически ориентированных атомов щелочного металла с атомами гелия - 4, метастабильпое состояние которых создается слабым (обычно импульсным) высокочастотным разрядом, происходит ионизация атома щелочного металла и переход метастабильного атома гелия в основное состояние. Вследствие закона сохранения полного спинового момента количества движения этот процесс разрешен только для метастабильных атомов гелия - 4 с проекцией иолиого спинового момента т; 0,- 1. Для метастаmj + l этот процесс

бильпых атомов

запрещен и столкновения оудут уиругими. В результате создается избыточная населенность метастабильиого уровня гелия - 4 с mj + l.

При возбзждении магнитного резонанса метастабильных атомов гелия - 4 на лармороиской частоте CO (Яо - измеряемое магнитиое поле, у - гиромагнитное отношение метастабильиых атомов гелня - 4) ироисходит выравнивание населенностей зеемановских иодуровней этого состояния. Это приведет к увеличению числа актов ионизации щелочного металла, что, в свою очередь, вызовет уменьшение степени ориентации атомов щелочного металла и, следовательно, изменение интенсивности света накачки, прошедшего через камеру поглощения и регистрируемого фотодетектором.

Сигнал с фотодетектора на частоте модуляции поступает на узкополосный усилитель и далее на синхронный детектор. Напряжение на выходе синхронного детектора служит для подстройки частоты радиочастотного генератора к резонансному значению и) уН(,.

Вследствие того, что свет накачки не взаимодействует непосредственно с метастабильными атомами гелия - 4, в предлагаемом магнитометре отсутствуют световые сдвиги

частоты, а также связанная с ними ориентационная зависимость результатов измерений. Это существенно повышает точность при абсолютных измерениях и открывает возможность проведения точных измерений магнитного ноля и его вариаций с подвижных и вращающихся платформ.

Отсутствие светового уширения резонансной линии метастабильных атомов гелия - 4 нриводит, кроме того, к увеличению точности

и чувствительности магиитометра не менее, чем на порядок.

Формула изобретения

1. Квантовый магнитометр с оптической

ориентацией метастабильных атомов гелия- 4, содержащий лампу накачки, циркулярный иоляризатор, камеру поглощения с гелием - 4 и фотоприемник, расположенные на одной оптической оси, высокочастотный

генератор возбуждения разряда, радиочастотную катушку, охватывающую камеру поглощения, с подключенным к ней радиочастотным генератором и систему регистрации частоты, отличающийся тем, что, с целью

устранения ориентационной зависимости результатов измерений и повышения точности за счет устранения возмущений атомов, дающих вклад в магнитный резонанс, камера поглощения дополнительно содержит щелочной

металл, лампа накачки содержцт такой же щелочной металл, причем фотоприемник и циркулярный поляризатор выбраны на длину волны света пакачки введенного щелочного металла.

2. Магнитометр по п. 1, о т л и ч а ю HI и и с я тем, что в качестве щелочного металла, введенного в камеру поглои епия и лампу накачки, выбран рубидий или цезий.