Магнитометр с оптической накачкой

(5) 5 С 3/26 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВУ И АВТОРСКОМ.Р 1 В.Н. Фро 8)етельство . 33/26.ОРТИЧГСКО о НАКАЧ(57) Изобретение о спектроскопии и мо зовано в метролог целях. Цель йзобре чувствительности и метра, Устройство ную рамку 1, магии нератор 3 поджига тноситс радиоспольет быт еских научных ения - повьш чности гнитоодержитную сист ектральу 2, геряда. передающий ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОТКРытиПРИ ГКНТ СССР светопровод 4, циркулярный поляризатор 5, поглощающую ячейку 6, приемный светопровод 7, Фотоприемник 8, блок 9 управления, радиочастотнук 1 катушку 10. Роставленная цель достигается тем, что максимальная толщина в центре поглощающей ячейки, выполненной в виде двояковыпуклой линзы, выбрана в соответствии с выражениемЪ Г 2 + 2 5(1-К)Сй где Ь - высота светопровода, 1 - толщина стенок поглощающей ячейки, К - коэФфициент потерь на отражения от стенок поглощающей ячейки и граней светопровода. Передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом Е . 2 з.п.ф-лы, 1 ил.ра,Поставленная цель достигается тем,что в магнитометре с оптической накачкой, содержащем расположенные последовательно на единой оптическойоси спектральную рампу возбуждаемуюот генератора поджига разряда, переданщий светопровод, выполненный в видечетырехугольной призмы со скошеннымипод углом 135 и 45 входной и выходной гранями, причем на выходную граньнаклеен циркулярный поляризатор, образованный линейным поляризатором ичетвертьволновой Фазовой пластинкойпоглощающую ячейку с парами атомовщелочного металла, приемный светопро"вод, выполненный в виде четырехугольной призмы с наклоными входной ивыходной гранями, а также Фотоприемник, связанный через блок управленияс радиочастотной катушкой, намотанной на поглощающую ячейку, оптическая толщина Й поглощающей ячейкивыбрана в соответствии с выражением Ь 2 + 2 5(1-Р) 2,5 (1-К) где Ь - высота светопровода;толщина стенок поглощающейячейки,К - коэФФициент, учитывающийпотери на отражение от стенок поглощающей ячейки играней приемного светопровода.Кроме того, передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом Г, определяемым выражением 40 0,2 Ъ1 п где 1 и сдлина светопровода,показатель преломления материала четвертьволновой 50 Фазовой пластинки а приемный светопровод выполненсо скосом входной граИи под углом 31 , а выходнойэтого поглощающая ячейкав виде двояковыпуклой линИзобретение относится к радио- спектроскопии и может быть использовано в метрологических и научных целях,Цель изобретения - повышение чув 5 ствительности и точности магнитометэы с максимальной толщиной в центре, равной Й.На чертеже приведена Функциональная схема магнитометра.Магнитометр с оптической накачкой. включает в себя расположенные последовательно на единой оптической оси спектральную лампу 1, установленную в зазоре магнитной системы 2 и возбуждаемую от генератора 3 поджига разряда, передающий светопровод 4, выполненный в виде четырехугольной призмы со скошенной под углом нижней боковой гранью и с входной и выходной гранями, выполненными под углом соответственно 135 и 45 , причем на выходную грань светопровода .4 наклеен циркулярный поляризатор 5, образованный линейным поляризатором и четвертьволновой Фаэовой пластинкой, поглощающую ячейку 6, выполненную в Форме двояковыпуклой линзы, приемный светопровод 7, представляющий собой четырехугольнунь призму с входной и выходной гранями, скошенными соответственно под углом 31 и 45, а также Фотоприемник 8, который через блок 9 управления связан с радиочастотной катушкой 10.Магнитометр работает следующим образом.Высокочастотный генератор 3 возбуждает высокочастотный безэлектродный разряд в спектральной лампе 1, обеспечивая интенсивный поток резонансного света в направлении оптической оси.прибора. Проходя через светопровод 4 в циркулярный поляризатор 5, свет приобретает круговую поляризацию и попадая на поглощающую ячейку, осуществляет в ней поляризацию атомных спинов. Макроскопически это проявляется в изменении оптической плотности атомного пара и, как следствие, приводит к вполне определенному уровню засветки Фотоприемника 8. Если далее на радиочастотную катуШку 1 0 подается высокочастотное напряжение на частоте равной частоте Г прецессии атомных спинов в измеряемом магнитном лоле, то в системе ориентированных атомов наступает магнитный резонанс, сопровождающийся изменением оптической плотности атомного пара в поглощающей ячейке 6. Наличие резонанса фиксируется посредством приемного свето- провода 7 с помощью Фотоприемника В15521в виде электрического сигнала, выделяемого на его нагрузке. При этом,поскольку толщина поглощающей ячейки 6 выбрана исходя из условия обеспечения максимума произведения ко 5личества рабочих атомов на величинуосвещаемой площади входной граниприемного светопровода, то полезныйсигнал на нагрузке Фотоприемникаприобретает максимальное значение,Кроме того, поскольку передающийсветопровод 4 содержит скос нижнейбоковой грани под углом Г, то засчет многократных отражений максимум интенсивности света на выходесветопровода получает угловое смещение относительно нормали к выходной грани светопровода, равное 14о(или 31 относительно направления 20измеряемого поля), что при оптимальной толщине поглощающей ячейкиобеспечивает дополнительное увеличение уровня полезного сигнала.Для уменьшения потерь, связанных 25с рассеиванием света от стенок поглощающей ячейки, а также потерь,обусловленных отражениями от входной грани приемного светопровода,поглощающая ячейка выполняется в форме двояковыпуклой линзы, а срез входной грани приемного светопроводавыполняется под углом 90 -59 = 31относительно его боковой грани,При сканировании частоты Е радио 35поля в окрестности резонансного.значения с некоторой частотой Й,осуществляемом посредством блока 9управления, максимум сигнала магнитного резонанса соответствует минимуму сигнала первой гармоники.напряжения частоты сканирования, выделяемого на нагрузке Фотоприемника 8. Вэтом случае совокупность приведенныхна рисунке узлов образует замкнутый 45контур следящей системы, обеспечивающей с точностью до динамическихошибок автоматическое совпадениечастоты радиополя Г с частотой магнитного резонанса Го. 50Формула изобретенияМагнитометр с оптической накачкой, содержащий последовательно 42 6расположенные на единой оптической оси спектральную лампу, воэбуждаеЪмую от генератора поджига разряда, передающий светопровод, выполненный в виде четырехугольной призмы со скошенными пад углам 135 и 45 входной и выходной гранями, причем на выходной грани установлен циркулярный поляризатор, образованный линейным поляризатором и четвертьволновой Фаздвой пластинкой, поглощакщую ячейку с парами атомов щелочных металлов, приемный светопровод, выполненный в виде четырехугольной призмы с наклонными входной и выходной гранями, а также Фотоприсмник, электрически соединенный через блок управления с радиочастотной катушкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, максимальная толщина д в центре поглощающей ячейки выбрана в соответствии с выоажениемЪ /2 + 2,5(-Р)е5(з-Р)где Ъ - высота светопровода;толщина стенок поглощающейячейки;К - козФФициент потерь на отражения от стенок поглощающей ячейки и граней свето".провода.2. Магнитометр по и. 1, о т л нч а ю щ и й с я тем, что передающий светопровод выполнен со скосом нижней боковой грани под углом определяемым выражением0,2 Ъ1 игде 1 - длина светопровода,и - показатель преломления ма-,териала четвертьволновой Фазовой пластинки.3. Магнитометр по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что поглощающая ячейка выполнена в виде двояковыпуклой линзы с максимальной толщиной в центре.