Щелочный самогенерирующийМАгНиТОМЕТР Советский патент 1981 года по МПК G01R33/12 

(54) ЩЕЛОЧНОЙ САМОГЕНЕРИРУЮЩИЙ МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к квантовой магнитометрии и может быть использовано для точного измерения магнитног поля и его вариаций. Известны самогенерирующие магнитометры с оптической ориентацией атомов целочных металлов, содержащие оптический тракт, усилитель обратной связи и радиочастотную катушку 1. Наиболее близким по своей техниче кой сущности к предлагаемому являетс устройство, содержащее два взаимно перпендикулярных оптических трактаjн пересечении которых распсложена каме ра поглощения со щелочным металлом, охватываемая радиочастотной катушкой причем выход одного тракта связан с усилителем обратной связи, а друге-го с узкополосным усилителем, выход которого подключен к одному из входов синхронного детектора, другой вход синхронного детектора связан с генератором модуляции, выходы усилителя обратной связи, синхронного детектора и генератора модуляции связаны со входами модулятора фазы, выход которого соединен с радиочастотной катушкой 2 . Недостатком этого устройства явт .ляется наличие ошибок измерений. связанных со световыми сдвигами и асимметрией линии магнитного резонанса атомов щелочного металла. Кроме того, вследствие зависимости величины световых сдвигов и формы линии от положения прибора в пространстве, этот магнитометр- обладает ориентационной зависимостью показаний. Цель изобретения - устранение ориентационной зависимости показаний магнитометра и повышение точности . Цель достигается тем, что в устройство, содержащее два взаимно перпендикулярных оптических тракта, на пересечении которых расположена камера поглощения, охватываемая радиочастотной катушкой, усилитель обратной связи, вход которого подключен к выходу одного оптического тракта, синхронный детектор, с подключенными к его входам генератором модуляции и узкополосным усилителем, причем вход узкополосного усилителя подключен к выходу второго оптического тракта, введены генератор возбуждения разряда, умножитель частоты, частотный модулятор, управляемый фазовращатель, а камера поглощения дополнительно содержит газ, при этом

генератор возбуждения разряда связан с камерой поглощения, один вход управляемого фазовращателя соединен с выходом усилителя обратной связи, а другой с выходом синхронного детектора, первый выход управляемого фазовращателя соединен с радиочастотной катушкой, а второй, связан с радиочастотной катушкой через умножитель частоты и частотный модулятор, второй вход которого связан с выходом генератора модуляции.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит спектральные лампы 1 и 2 накачки, содержащие щелочной металл, линзы 3, циркулярные померизаторы 4, камеру 5 поглощения фотодетекторы 6 и 7 (элементы 1-7 образуют два взаимно перпендикулярных оптических тракта), генератор 8 возбуждения разряда в спектральной лампе, генератор 9 возбуждения разряда в камере поглощения, усилитель 10 обратной связи, радиочастотную катушку 11, узкополосный усилитель 12, синхронный детектор 13, управляемый фазовращатель 14, умножитель 15 частоты, частотный модулятор 16 и генератор 17 модуляции.

Устройство работает следующим образом.

Циркулярно поляризованный свет лампы 1 накачки прои,зводит оптическую ориентацию атомов щелочного металла в камере 5 поглощения. Благодаря ионизационным столкновениям оптически ориентированных атомов щелоного металла с метастабильными атомами гелия . происходит спиновая ориентация этих метастабильных атомов. Метастабильное состояние атомов гелия создается слабым импульсным высокочастотным разрядом.

На оптически ориентированных атомах щелочного металла реализуется спиновой.генератор, работающий на чтоте . Для возбуждения магнитного резонанса метастабильных атомов гелия умножителем 15 формируется частота КОУ,

где К - коэффициент умножения. Эта частота через модулятор 16 частоты подается на радиочастотную катушку 11. С фотодетектора 6 сигнал на частоте модуляции, определяемой генератором 17, поступает на узкополисный усилитель 12 и далее на синхронный детектор 13.

Напряжение с выхода синхронного детектора подается на управляемый фазовращатель 14, с помощью которого частота ои корректируется так,что выполняется соотношение Кии И / где частота, соответствующая центру резонансной линии метастабилных атомов гелия.

Так как частота UD магнитного резонанса, метастабильных атомов гелия

четыре, ориентированных ионизационными столкновениями с оптически ориентированными атомами щелочного металла не имеет оптических сдвигов, а также сдвигов, обусловленных асимметрией линии и сдвигами фазы, и очень слабо зависит от ориентации прибора, то снимаемая с усилителя 10 частота, пропорциональная измеряемому полю Н, также имеет малую ориентационную зависимость и не обладает указанными сдвигами. Вместе с тем у магнитометра сохраняется высокое быстродействие спинового генератора.

Коэффициент умножения К должен быть равен отношению ,

S где гиромагнитное отношение атомов щелочного металла; 2С, - гиромагнитное отношение метастабильных атомов гелия. Однако для работы магнитометра 0 достаточно, чтобы при отключении выхода модулятора 16 от радиочастот- ной катушки 11 выполнялось соотношение

К иЫ ии, + UD

при

5дог; т/а ,

где - полуширина линии магнитного резонанса атомов гелия.

Это позволяет выбирать в качестве К - целое число, близкое к отношению - и, следовательно, упростить констру1 цию умножителя 15.

Данное схемное решение обеспечивает повышение точности в несколько t раз по сравнению с известным, а также обеспечивает независимость показаний магнитометра от ориентации прибора в пространстве.

Формула изобретения

Щелочной самогенерирующий магнитометр, содержащий два взаимно перпендикулярных оптических тракта, на пересечении которых расположена камера поглощения, охватываемая радиочастотной катушкой, при этом выход одного оптического тракта связан со входом усилителя обратной связи, а

0 другого оптического тракта со входом узкополосного усилителя, выход которого подключен к одному из входов синхронного детектора, другой вход синхронного детектора связан с генератором модуляции, отличаю щ и и с я тем, что, с целью устранения ориентационной зависимости показаний магнитометра и повышения точности,,камера поглощения дополнительно содержит газ Не , магнитометр включает в себя генератор возбуж.цения разряда, умножитель частоты, частотный модулятор и управляемый фазовращатель, при этом генератор возбуждения разряда связан с камерой поглощения, один вход управляемого фазовраи.ателя соелинен с выходом усилителя обратной связи, а другой с выходом синхронного детектора, первый выход управлу емого фазовращателя соединен с радиочастотной катушкой, а второй связан с радиочастотной катушкой через умножитель частоты и частотный модулятор.

второй вход которого связан с выходом генератора модуляции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,. Патент Франции 1464813, кл. G 01 R 33/12, 1966.

COf