Квантовый магнитометр

Квантовый магнитометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится, в частное ти, к магнитометрам (ММ) с оптической ориентацией атомов, и может быть использовано для измерения земного магнитного поля и его вариаций при размещении КМ на подвижном носителе, Цель изобретения - повышение точности и чувствительности ММ путем снижения влияния градиента магнитного поля

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ6ЛИН

А1 (l9l (111 (51) 5 С О1 К 33/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (46) 07. 07 ° 90. Бюл. Ф 25

i(21) 3907036/24-2) (22) 06.06.85 (71) Физико -технический институт им. А,Ф.Иоффе (72) P.À.ÆèòíèêîB и Б.И.Гинэбург (53) 621.317.044(088.,8) (56) Авторское свидетельство СССР !! 364915, кл . G Ol 11 3/!4, !971, Блинов А.В. и др. Рубидий-гели выл квантовый магнитометр. — ЖТФ, 1984, т.54, вып. 12, с.2315-2322. (57) Изобретение относится, в частное ти, к магнитометрам (ММ) с оптической ориентацией атомов, и может быть использовано для измерения земного магнитного поля и его вариаций при размещении М на подвижном носителе.

Цель изобретения — повышение точности и чувствительности ММ путем снижения влияния градиента магнитного поля 1492938 и вариаций этого градиента, а также уменьшение габаритов. Для этого в М введены зеркала 3 или призмы полного внутреннего отражения, а входы поля-, роидон 5 и выходы интерференционных филь гров 4 оптически связаны через соответствующие зеркала или линзы полного ннутреннего отражения, при

Изобретение относится к магнито." метрической тех1!ике, в частности к 15 магнитометрам с оптической ориентаци" ей атомон, и может быть использовано для измерения земного магнитного поля и его вариаций при размещении магнитометра, на подвижном носителе. 20

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности магнн- . тометра путем снижения влияния градиента магнитного поля и вариаций этого градиеита, а также уменьшение га- 25 баритон.

На фиг,l приведена структурная схема квантового магнитометра с двумя камерами поглощения; на фиг.2 сечение.А-А на фиг.l; на фиг.3 — се- 30 чение Б-Б на фиг.l.

Устройство содержит спек1ральную лампу 1 накачки, линзовые кондейсоры

2, зеркала 3 (или призмы полного внут» реннего отражения), интерференционные 35 фильтры 4, поляроиды 5, четвертьволновые пластинки 6, камеры 7, 8 поглощения, линзы 9, фотодетекторы 10, блок

iIl возбуждения и регистрации сигнала

:и радиочасто 1 ные катушки 12. При этои40 спектральная лампа 1 накачки оптичес-, ки связана через соответствующие лин эовые конденсаторы 2, зеркала 3 (или. призмы полного внутреннего отражения) .интерференционные фильтры 4, полярои- 45 ды 5, четвертьволновые пластинки 6,,камеры поглощения 7, 8 и линзы 9 с фотодетекторами IO, выходы которых пддключены к первому и второму входам блока ll возбуждения и регистрации

I сигнала, выход которого соединен с

1радиочасcoTHbTMH катушками 12.

Интерференциониые фильтры 4 могут. располагаться как после зеркал 3 (или призм полного виутрениего от- у ражения ), так и до них (на фиг.l покаэано пунктики).

Магнитометр может быть выполнен с двумя или тремя камерами поглощеэтом камеры 7, 8 поглощения установлены вплотную одна к другой. Квантонь1й

ММ содержит также лампу 1 накачки, линзовый конденсатор 2, поляроид 5, четвертьволновую пластинку 6, фотодетекторы 10, блок 11 возбуждения и регистрации сигнала, радиочастотные катушки 12, 3 ил. ния, оптические оси которых перпендикулярны (М -магнитометр) или составляют углы 45 или 135 (М „-магнитометр), а также с большим числом каме р, Магнитометр работает с11сдуюы.м образом.

Световое излучение спектрал1.ной лампы 1 накачки собирается T: пара11— лельные пучки ITTTH он г и конденс .ра-) мн 2 и, отразившись оТ зеркал 3 или

П р и 3 и П 0 IT и О Г О н 11 у т р Р 11 н 1 Г 0 О т d ж е " ния, попадает ТТа пнтерференцнонные филь 1ры 4, пропускаюши: только спектpaITT.ную линию, необходимую для ориентации атомов в камерах 7., 8 поглощения. После прохождения поляроидов 5 и четвертьволновых пластинок 6 это излучение .становится циркулярно поляризованным и осуществляет оптическую ориентацию атомов н камерах 7, 8 поглощения. Магнитный резонанс .атомов рабочего вещества камер поглощения возбуждается радиочастотным магнитным полем радиочастотных катушек 12, эапитываемых переменным током от блоKB 11 возбуждения и регистрации сигнала. В условиях магнитного резонанса световое излучение,собираемое на фотодетекторы IO линзами 9, оказывается модулированным по интенсивности. Выходные сигналь1 фотодетекторов е

IO суммируются в блоке 11 возбуждения и регистрации сигнала и используются для формирования несущей частоты радиочастотного иагнитного поля. Таким образом замыкается цепь обратной связи, обеспечинающая на выходе блока 11 возбуждения и регистрации сигнала возникновение колебаний с частотой, определяемой величиной измеряемого магнитного поля.

Для N --магнитометра блок 11 состо1

Ф ит иэ радиочастотного генератора, устройства, модулирующего частоту сигнала этого генератора, подаряемо

l с 92938 6

P "o" а - то ° (lbIP катушки 12, а мер поглощения взаимно ортОГона1(ьное, также иэ подключенного к фотодетск- для И -типа углы между осями камер ! у

О торам, 10 суммирующегс, усилителя, на- около 45 или 135 строенного на частоту модуляции и со- Расположе((ие камер 7 8 поглоще5 единенного с этим усш(((телем синхрон- ния, вплотную одна к другой поэволяного детектора, сигнал которого уп- ет в условиях магнитного поля, обларавляет частотой радиочастотного re-., дающего существенной неоднородностью, нератора, дающего на выходе блока ll что часто встречается на практике, информацию о величине измеряеМого,р значительно уменьшить разницу в энаI о магнитного поля. чениях магнитного поля на камерах

Для И„"магнитометра. блок ll состо- поглощения и, следовательно, весьма ит из широкополосного усилителя с по- существенно снизить влияние градиенлосой, перекрывающей диапазон резо- та измеряемого поля и его вариаций

3 нансных частот рабочих атомов, подклю-15 на чувствительность и точность маг. ченного своими входами к фотодетекто- нитометра. рам !Jt а выходом к радиочастотной ам 1Г Достигаемое в изобретении эначикатушке 12, Частота выходного сигна- тельное (в 1,5-2 раза) уменьшение гала этого усилителя дает значение из. вЂ, баритов магниточувствитепьного преобмеряемого магнитного поля, разователя магнитометра весьма суЗависимость амп.(итуд А, -т. ходных ществеш(о расширяет воэможности иссигналов фотодетекторов 10 от 01- уг- пользования квантовых магнитометров ла между оптической ос(.к (-й камеры на подвижных носителях. поглощения и напр lвлpttt(o.1 измеряемого магнитного и;>ля — иределяется 25 форму".а изобретения формулой А =Kcos (; (д rv. магнитометра И -тина) или А; =1.а(.т; В; cos 6, (для Квантовый магнитометр, содержаИ„-типа}, где К -,н(зависящий от щий не менее двух камер поглощения

О; коэффициент. с общей лампой накачки, установленВ трехкамерном варианте всегда . Зб ные последовательно перед каждой можно выбрать углы между оптическими камерой поглощения линзовый конденсор, осями камер поглощения такими, чтобь интерференционный фильтр, поляроид, выходные сигналы фотодетекторов 1О четвертьволповую пластинку, причем не обращались одновременно в ноль при оптические оси камер поглощения, полюбых ориентациях ° Иагииточувствитель- меще ных в радиочастотные катушки

35 ный преорразователь такого магиито- образуют между собой заданные Углы, метра не требует ориентации по от- после камер поглощения установлены ношению к направлению измеряемого маг- фотодетекторы, соединенные с входами блока возбуждения и регистрации сигДвуХкамерный вариант магниточувст- 4О нала, выход которого подключен к равительного преобразователя имеет диочастотным катушкам, о т л и ч а юIt н мертвую зону в ориентационной зави- шийся тем, что, с целью повысимости амплитуды сигнала — зону не- щения точности и чувствительности чувствйтельности — в тех случаях, путем снижения влияния градиента маг.когда измеряемое магнитное поле со- 45 нитного поля и вариаций этого градиставляет угол, близкий к 90, с плос- ента, а также уменьшения габаритов, костью оптических осей камер погло- в него введены зеркала или призмы щения. Однако наличие "мертвой зоны" полного внутреннего отражения, распоне препятствует использованию такого ложенные непосредственно после линзо.магнитометра в целом ряде техничес- M вых конде;(соров или интерференцион-. ких приложений. Для магнитометра ных фильтров, а камеры поглощения

И -типа оптимальное положение осей ка- установлены вплотную одна к другой, 1492938

Л-М

Составитель Л.Устинова

Редактор Т.Зубкова Техред Л.Сердюкова Корректор И.Горная

Р»

Заказ 2488 Тиран 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1(l1