Устройство для измерения эффекта зеемана

Устройство для измерения эффекта зеемана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

И ЗОБ РЕТЬ И ИЯ

Союз Советских

Социалистически

Республик (11) 50273О (61) Дополнительное к авт. свид-ву-(22) Заявлено 14.10.75 (21) 2181148/25 с присоединением заявки Ие(23) Йриоритет-(51) М. Кл.2

Я 01 3 l/04

Гесударстееммьй исиды

Ссеета Ммммстрса СССР пс делам мзссретенмй н стмрытмй (43) Опубликовано25.06 77.6юллетеиь № 23, (45) Дата опубликования оптесаиия 0g 08,77 (бЗ) УД1: 5 =- — ".4-.. 2 (08 8. 8) (72) Авторы изобретения

Н. B. Клочек

Сибирский институт земного магчетизма, ионосферы и распространения радиоволн (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТА

ЗЕЕМАНА

Изобретение относится к устройствам измерения напряженности магнитных полей иосмических объектов.

Известны магнитографы, используемые в астрсфизических набиодениях для определения напряженности магнитного поля в активных областях на Солнце по зееманэвскому расшеплению спектральных магниточувствительных линий.

Известные магнитографы имеют низкую ið точность измерения и чувствительность в связи с наличием некщ;тпеисированных и допплеровских смешений магниточувствительной спектральнои линии и нестабильности ее интенсивности. I5

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения аффекта Зеемана, содержашее оптическую систему с электрооптическим дефлектором, основной дифференциальный фото-, р метр с одним фотоумножителем и систему регистрации с регистратором.

Несмотря на исключение влияния допплеровскнх смешений спектральной линии, акие устройства обладают невысокой точ- 5 ностью измерения и чувствительностью в связи с влиянием на процесс измерения нестабильности инстенсивности спектральной линии.

Цель изобретения — повышение точности, измерения и чувствительности устройства.

Достигается атэ тем, что в устройстве симметрично относительно входной щели основного фотометра установлены два дополнительных фотометра, в каждом иэ которых

I за его входной щелью расположен отдельный поляроид н фотоумножитель, главные направления этих поляроидов взаимнопер= пендикулярны и совпадают с направлениями поляризации ортогональнэ-поляризованных компонент расшеплення спектральной линии, при этом регистратор через фазовый де-тектор соединен с выхэдэм дифференциаль= ного усилителя, к эднэму из входов кото— оэго подключена анэдная нагрузка фотоум-. ножителя эснэвнэгэ фэтометра, а к друго= му входу подключена обшая внодная нагрузка фотоумножителей двух допэлнительных фэтэметрэв, причем в качестве анэдной нагрузки фотоумножителей эснэвнэгэ и дэпол562730 ни тельных фэтэметров подключены элементы с логарифмической вольтамперной характеристикой, например, р- rt переходы полупроводниковых приборов.

На чертеже представлена блэк-схема устройства для измерения эффекта . Зеемвнв, Устройство содержит алектрооптический дефлектор, состоящий из электрооптического кристалла 1 и поляризационной призмы 2, разносящей компоненты зеемановского расщепления на величину полуширины спектральной линии и склееннэй из двух пластинок исландского шпата, оптические оси котоо рых ориентированы под углом 90 друг к другу. Зв дефлектором в месте пересечения крыльев разнесенных компонент спектральной линии расположен основной фотометр, имеющий щель 3 и фотоумножитель 4. с анодной нагрузкой 5. Симметрично относительно щели основного фотометра в крыль- 29 ях разнесенных компонент на расстояниях, равных пэлуширине линии, расположены щели 7 и 6 дополнительных фэтометров с фотэумнэжителями 8 и 9, вкгаоченными на общую анодную нагрузку 10, при этом перед 2s каждым из этих фотоумножителей установлены поляроиды ll и 12, причем главные их направления взаимно-перпендикулярны и совпадают с направлениями поляризации эртогональнополяризоввнных кэмпоненг рас- ЗО шепления спектральной линии. Входы дифференциального усилителя 13 подключены к анодным нагрузкам фотоумножителей, в его выход через фазовый детектор 14 соединен с регистратором 15. Устройство со- З5 держит также задающий генератор 16, выход которого соединен с управляющим входом фазового детектора 14. и входом блока 17 высокого напряжения, выходное напряжение кэторого поступает на электрэоптический кристалл 1.

Устройство рвботве следующим образом. Свет от исследуем." :.лai ниточувстви.тельной спектральной лин: и поэходит через . r алектрооптический кристалл . .. Под дейс вием модулирующего, впряж- я, поступ: щего на этот кристалл с блока 17 выс..-: кого напряжения, он последовательно приобретает свойства + 3 /4- пластинки. При атом циркулярно поляризованная часть света превращается в линейную со взаимно ортогональными плоскостями . поляризации, причем поляризвционнвя призма 2 при одной полярности модулирующего напряжения пропускает Д вЂ” компоненту влев о, а d+55 компоненту вправо относительно исходного положения разнесенных компонент (в этсутствие зеемановского расщепления), как ато показано на чертеже длинными штриxoBbIMH линиями. Исходное положение KOMпонент на чертеже показано сплошными линиями. При другой полярности модулируюшегэ напряжения поляризационная призма 2 пропускает Q — компоненту вправо, в Q компоненту влево относительно исходного положения, как это показано на чертеже короткими штриховыми линиями. Шель 3 - ссновного фэтометрв и щели 6, 7 дополнительных фотометров установлены таким образом, что через щель 3 проходит световой поток от точек пересечения изображений крыльев компонент, а через щели 6 и 7 проходят световые пэтоки от точек наложения изображений компонент расщепления спектральной линии. Однако вследствие наложения изображения этих компонент через щель каждого дополнительного фэтометрв проходит световой поток, который является суммой полезного светового потока из крыла компоненты, разнесенной поляризационной призмой 2 в направлении атой щели, и паразитного светового пэтока от компоненты, разнесенной в направлении другого дополнительного фотометра. Наличие этих парвзитных световых потоков и их колебаний приводит к тому, что из колебаний интенсивности суммарного светового потока за щелью каждого дополнительного фотометра невозможно выделить ту часть, которая однозначно определялась бы величиной зеемвновского расщепления линии. Влияние этих парвзитных световых потоков устраняется уствновкэй за каждой из атих щелей отдельных полярэидов 11 и

12 таким образом, что главные направления пэляроидов совпадают с направления ии поляризации полезных светэвых потоков.

Следовательно, за каждой из щелей дополнительных фэтэметров происходит пропускание на фэтоумножители 8 и 9 полезных световых потоков и гашение паразитных. При одинаковой ширине щелей основного и дапол ительного фэтометров величина суммы световых потоков, проходящих на фотоумножители 8 и 9 в соответствие зеемановского расщепления спектральной линии, равна величине светового потока, проходящего на фотоумножитель 4, причем это равенство не нарушается в присутствии допплер овских смещений линии и случайных изменений ее интенсивности, т.е. эти величины относительно друг друга меняются во времени синхронно и синфазно.

При наличии зеемановскэго расщепления линии ато равенство нарушается, причем, если при одной полярности мэдулируюшего напряжения на кристалле 1 величина свеТоВого потока, падающего на фотоумножитель 4 основногэ фотометрв, увеличивается, То величина сумм светэвых потоков падающих на фотоумножители 8 и 9 дополнитель562730

10 ного полупериода „

Для выполнения математических операций над сигналами, снимаемыми с. анодных нагрузок фотоумножителей, в устройстве использованы дифференциальный усилитель 13 с фазэвым детектором 14. Из выражения (16) видно, что регистрируемое значение однозначно определяется величиной зееманэвского расшепления спектральной линии и не зависит эт случайных изменений ее интенсивности.

Таким образом, в предлагаемом устройстве в отличие от известных, влияние случайных изменений интенсивности спектральной линии на прэцесс измерения ее зееманэвскэго расшепления в магнитном пэпе полностью исключено, чтэ обеспечивает пэвьппение точнэсти измерения более чем B

25 раз и чувств. .телbHocTH устройства в

5-7 ра.".

Учитывая выражение (7) где 2д 2

Э H получим

60 ных фотометров пропорционально уменьша-ется и, наоборот, при другой полярности модулируюшего напряжения величина светового потока, падаюшего на фотоумножитель

4 уменьшается, а величина суммы световых потоков, падающих на фотоумножители

8 и 9, увеличивается, Величина, пропорциональная расшеплению спектральной линии, определяется следуюшим образом. осц о < 2 о г с К®- величина свето1 вого потока, падаюшего на фотоумножитель

4 при положительном полупериоде модулируюшегэ напряжения;

Л = 3 — 2 3 ь Л (Z) - величина суммы

Ф ,акоп а о н световых потоков, падаюших на фотоумножители 8 и 9 при положительном полуперис де модулируюшегэ напряжения;

3осн = 3о — 23о AR Н (3) — величина светового потока, падаюшего на фэтоумнэжитель 28

4 при отрицательном полупериоде модулируюшего напряжения, Ф

Д = Д s 23 лд (4) — величина суммы ,Ьо0 о а н световых потоков, падаюших на фэтоумнэжители 8 и 9 при этрицательном полупериэде 25 модулирующего напряжения.

t где га — величина постоянной составляющей световых потоков при положительном полупериоде модулируюшегэ напряжения

30 — величина постоянной составляа ,юшей светэвых потоков при отрицательном полупериоде мэдулиоуюшего напряжения

2,г ь 3. И 2 3 д 3. — переменные часа H а К ти световых потоков, обусловленные нали- а5 чием расшепления линии h il „ .

Тогда величину разности между световым потоком, падающим на фотоумножитель

4, и суммой световых потоков, падающих на фотоумножители 8 и 9 при положительном полупериоде модулируюшего напряжения, можно определить так

Следовательно ь +

4ьдц= — (б) о ьЭ

Предположим, что 4ь = —, =2x (7)

Ц ДФ

50 !ри измерении величин зеемановскэго расшепления спектральной линии величина J/J всегда меньше 1, так как 3 »ь3.

Опред р.. Е,ц- Е аап. g „- g, ., = y P. г . „)- У(.-, -2 . „

= (1 2 Л„)-Pg(<-2ья ).

rgЭ,, — I.gg .„=ГД(< Х)-3g((-X) ®

Так как эба члена правой ча" ти выражения (8) можно разложить в ряд хг хЬ х4

3g(i+x) = х — — + — — — + ° ° (9)

А х х г э 4 (-x) = —.х- — — — - — — ". г 4 ((о) "х гх

I g(< <)- д(<- )=2 —" — " «)

Т

Учитывая, что /Х/(g в выражении (11) членами 2хЬ/3, 2х /5 и т.д. можно пренебречь, как членами высших степеней малости, и с учетом выражения (7) можно записать

Аналогично можно определить величину сигнала,пропорционального зеемановскому расщеплению спектральной линии для этрицательТогда величина сигнала, определенная за полный период модуляции, будет равна

3 ь л „= (Py 3 „- eg л „„)-(Pg v, „- Я v,) (14) Далее, учитывая ro, чтэ величина анодного тока j фотоумножителя пропорцио нальна падающему на него световому потоку,. ), а величина напряжения на анодной нагрузке, выполненной в виде р - н перехода, определяется как ц Fg j где 3 можно записать выражение для сигнала расшепления спектральной линии в магнитнэм (U >м) (1 1) м ) 8 (45) или Ьтт- 8 Л„ ((6) /

/// /;.

/ / ,/ и з.о б р е т е и и я

5627 30

Формула

Устройство для измерения эффекта Зеемана, содержащее оптическую систему с электрооптическим дефлектором, основной дифференциальный фотометр с одним фотоумножителем и систему регистрации с реги-, стратором, отличающе е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и чувствительности устройства, в нем симметрично относительно входной щели основного фотометра установлены два дополнительных фотометра, в каждом из KDtopblx за его входной щелью расположен отдель ный поляроид и фотоумножитель, главные направления этих поляроидов взаимно-перпендикулярны и совпадают с направлениями поляризации ортогональнополяризованных компонент расщепления спектральной линии, при этом регистратор через фазовый детектор соединен с выходом дифференциального усилителя к одному из входов которого под

1 ключена анодная нагрузка фотоумножителя основного фотометра, а к другому входу подключена общая анодная нагрузка фотоумножителей двух дополнительных фотометров, причем в качестве анодной нагрузки фотоумножителей основного и дополнительных фотометров подключены элементы с лоГарифмической вольтамперной характеристикой, например, .р - г переходы полупроводниковых приборов.

IIHHHHH Заказ 1861/168 Тираж 865 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4