Фотохимический генератор электромагнитных колебаний Советский патент 1981 года по МПК G01N24/06 

(5) ФОТОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к мазерной технике, и может быть использовано для создания магнитометров, в магнитных анализаторах спектров, в устройствах связи, а также для исследования механизмов химических реакций и т.п. Известны генераторы электромагнит ных колебаний, в которых используются переходы между различными магнитными состояниями веществ. В этих генераторах инверсия населенности магнитных электронных состояний создает ся путем интенсивного воздействия на активное вещество внешнего источника возбуждения, а условия генерации обе печиваются внутренней обратной связь при высокой добротности резонирующего элемента устройства. В известных генерирующих системах (спиновые гене раторы) условия генерации обеспечиваются за счет внешней обратной связи, охватывающей выход усилителя paдиочастоты с резонирующим элементом f 1 . Основным недостатком этих устройств является низкая степень инверсной населенности .магнитных состояний или равновесной намагниченности активных веществ, что требует применения высокодобротных резонирующих систем или большого объема образца и усилителя с высоким коэффициентом усиления. Наиболее близким к предложенному является фотохимический генератор электромагнитных колебаний, содержащий ампулу с активным веществом, расположенную внутри основного резонансного контура, настроенного на частоту ларморовой прецессии ядер, находящихся в маг- нитном поле электромагнита, соединенные последовательно предусилитель, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор и регистрирующий прибор, кварцевую фокусирующую систему и ртутную лампу для освещения активного ве3щестёа, светофильтр, активный шлейф, реактивный шлейф 2. Недостатком такого способа являет ся слабая эффективность возбуждения генерации, что не позволяет использовать в генераторе активные вещества, дающие относительно слабые эмиссионные сигналы поляризованных ядер. Цель изобретения - повышение эффек тивности возбуждения генерации и управления ею в устройствах с использованием эффекта поляризации ядер. Поставленная цель достигается тем что в фотохимический генератор электромагнитных колебаний, содержащий ам пулу с активным веществом, расположен ную внутри основного резонансного кон jrypa, настроенного на частоту ларморо ВОЙ прецессии ядео, находящихся в маг нитном поле электромагнита, соединен ные последовательно предусилитель, у усилитель высокой частоты, амплитудный детектор и регистрирующий прибор кварцевую фокусирующую систему и рту ную лампу /vifl освещения активного ве щества, светофильтр, активный шлейф, реактивный шлейф, введены регулируемая резисторио-емкостная цепь обрат ой связи с постоянным и подстроечным конденсатора|«4, переменным резис тором и цепь тонкой регулировки, сос тоящая из нагруженного на резистор вторичного резонансного контура, катушка индуктивности которого скрещена с кат аикЫ4 индуктивности основного резонансного контура, связь между резонансными контура отрегулирована активным и реактизным шлейфами, выполненные в виде тонких дискового и кольцевого слоев серебра соответственно, нанесенных на торцы подвижных диэлектрических стержней, примем переменный резистор одним выводо соединен с выходом предусилителя высокой частоты, а другим - с постоянным и подстроечным конденсаторами, второй вывод подстроечного конденсатора с нулевой шиной, а постоянного - GO входим предусияителя и основным резонансным контуром, катушка индуктивности, переменный конденсатор и нагрузочшй резистор вторичного резонансного контура имеют общую точку соединения. На чертеже показана структурная схема предлагаемого фотохимического генератора. Схема содержит ампулу 1 с активным веществом, скрещенную катушку 2 5 индуктивности основного резонансного контура, скрещенную катушку 3 индуктивности вторичного резонансного контура, кварцевую фокусирующую систему , светофильтр 5, ртутную лампу 6, электромагнит 7, активный шлейф 8, реактивный шлейф 9, предусилитель 10, усилитель 11 высокой частоты, амплитудный детектор 12, регистрирующий прибор 13, конденсатор 1, конденсатор 15 нагрузочный резистор 16, переменный резистор 17, подстроечный конденсатор 18, постоянный конденсатор 19 обратной связи. Генератор работает следующим образом. Вращающаяся с постоянной угловой скоростью ш ампула 1 с активным веществом расположена внутри скрещенных катушек индуктивности основного 2 и вторичного 3 колебательных LC-контуров, настроенных на частоту 100 МГц. и помещенных в магнитное поле электромагнита 7. Активное вещество облучается испускаемым ртутной лампой 6 и прошедшим через светофильтр 5 и кварцевую фокусирукяцую систему светом. Скрещенная катушка 2 индуктивности основного резонансного контура с конденсатором И образует основной резонансный контур, скрещенная катушка 3 индуктивности вторичного резонансного контура с конденсатором 15 и нагрузочным резистором 16 - вторичный контур. При фотохимически индуцированной отрицательной поляризации ядер активного вещества за счет флуктуации вектора ядерной намагниченности наводится ЭДС в основном резонансном контуре, которая усиливается в предусилителе 10 и возвращается в основной контур через цепь обратной связи. При подходящих фазовых и амплитудных соотношениях в системе возникает автоколебательный режим на частоте, определяемой условиями ядерного магнитного резонанса активного вещества f fWp, гдеШо- циклическая частота Т гиромагнитное, отношение ядер; HO - напряженность магнитного поля. Из предусилителя сигнал генерации поступает на усилитель 11 высокой час тоты, а затем, для регистрации, на амплитудный детектор 12 и регистрирующий прибор 13 (автоматический потенциометр, вольтметр и т.п.). Грубая регулировка уровня обратной связи достигается изменением па5раметров цепи обратной связи переменным резистором 17 и подстроенным конденсатором 18. Тонкая регулировка осуществляется перемещением активного 8 и реактивного 9 шлейфов, которые изменяют связь между основным и вторичным контурами, меняя тем самым полное сопротивление основного контура и уровень обратной связи. Введение регулируемой обратной свя аи в схему устройства резко повышает эффективность возбуждения генерации и обеспечивает возможность управления ею в зависимости от степени поляризации ядер. Этот положительный эффект четко проявился при работе с активными средами, имеющими различные значения эффективного усиления сигнал а поляризованных ядер Э. (Э -Ц, где 3- - интенсивность равновесного сигнала ЯМР, Зу, - интенсивность сигна ла поляризованных ядер). В предлагаемом устройстве устойчивую генерацию получают с активной средой, имеющей эффективное усиление, равное 20-30 (состав средыД: 0,3 диметиловый эфир мезопорфинэ IX, 0,3 парабензохинон, 0,1 трифторуксусная кислота, растворитель - хлористый метилен, в то время как в известном использовалась ереда, имеющая эффективное усиление 1000-3000. Кроме того, увеличение эффективности возбуждения позволяет (для известной активной среды) уменьшить интенсивность возбуждающего светового потока в раз.

Испытания показали надежность работы генератора, легкость и удобство получения генерационного i режима при небольших значениях эффективного усиления поляризованных сигналов.

Предлагаемый генератор существенно расширяет возможность получения генерации с различными активными средами, создает предпосылки для построения компактных магнитометров, радиочастотных мазеров и других устройств.

Формула изобретения

Фотохимический генератор электромагнитных колебаний, содержащий ампурезистор с одним выводом соединен с выходом предусилителя высокой частоты а с другим - с постоянным и подстроечным конденсаторами, второй вывод подстроечного конденсатора соединен с нуэзiлевой шиной, а постоянного - со входом предусилителя и основным резонан сным контуром, катушка индуктивности, переменный конденсатор и нагрузочный 40 резистор вторичного резонансного контура имеют общую точку соединения.

Источники информации, приня ть1е во внимание при экспертизе 1 .Померанцев Н.М., Рыжков В., Скроцкий Г.В. Физические основы кван4$товой магнитометрии. М., Наука, 1972, с. .

SO

(прототип). os лу с активным веществом, расположенную внутри основного резонансного кон тура, настроенного на частоту ларморовой прецессии ядер, находящихся в магнитном поле электромагнита, соединенные последовательно предусилитель, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор и регистрирующий прибор, кварцевую фокусирующую систему и ртутную лампу для освещения активного вещества, светофильтр, активный шлейф, реактивный шлейф, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности возбуждения генерации, в схему генератора введены регулируемая резисторно-емкостная цепь обратной связи с постоянным и подстроечным конденсаторами, переменным резистором и цепь тонкой регулировки, состоящая из нагруженного на резистор вторичного резонансного контура, катушка индуктивности которого скрещена с катушкой индуктивности основного резонансного контура, связь между резонансными контурами отрегулирована активным и реактивным шлейфами, выполненными в виде тонких дискового и кольцевого слоев серебра соответственно, нанесенных на торцы подвижных диэлектрических стержней, причем переменный

V

Ь

УФ

0