Квантовый датчик с оптической спиновой накачкой

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 О 01 Ч 3/ ЗОБРЕТЕНИЯ ОПИСА ТОРСКОМУ СВИ ЛЬСТВУ(71) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (72) Д,Е,Пестов и Е,Н,Пестов(56) Рубидиевий стандарт частоты 41 - 74. Техническое описание ЕЭ 2.721.191.ТО 1987.Авторское свидетельство СССР М 609378, кл. О 01 Ч 3/14, 1984,(54) КВАНТОВЫЙ ДАТЧИК С ОПТИЧЕСКОЙ СПИНОВОЙ НАКАЧКОЙ(57) Использование; изобретение относится к квантовым датчиком магнитного поля и может быть использовано в геофизическом приборостроении при создании квантовых магнитометров, измеряющих слабое магнитное поле Земли. Сущность изобретения: устройство содержит световод, источник сигнала магнитного резонанса и фотодиод. Источник сигнала магнитного резонанса состоит из плотно соединенных между собой линзы Френеля, тонкопленочного дихроичного л -поляризатора и ячейки поглощения, наполненной рабочим газом. Входная грань ячейки поглощения выполняет одновременно функцию А /4-фазовращателя, а выходная грань (обращенная к фотодиоду) - дополнительно функцию линзы Френеля, 1 ил,Изобретение относится к квантовым датчикам магнитного поля и может быть использовано в геофизическом приборостроении при создании квантовых магнитометров, измеряющих слабое магнитное поле Земли.Цель изобретения - повышение долговременной стабильности частоты, уменьшение габаритов и упрощение устройства.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Квантовый датчик с оптической спиновой накачкой содержит расположенные последовательно световод 1, линзу Френеля 2, дихроичный тонкопленочный К-поляризатор 3, А /4-фазовращатель 4, являющийся одновременно входной гранью цилиндрической ячейки 5 поглощения, наполненной рабочим газом, линзу Френеля 6, являющуюся одновременно выходной гранью ячейки 5, и фотодиод 7, заключенные в корпус 8. При том линза Френеля 2, обращоводу 1, и тонкопленочный диоляризатор 3 плотно сапример, клеем с входной гра, а элементы 2 - 6 образуют едуктивно законченный узел - иала магнитного резонансабратной связи и радиочастотноединенные с фотодиодом 7,а чертеже,Устройство работает след ная хроичныи лоединены,нью 4 ячейкииный констточник сигУсилитель ая катушка, е показаны априм ) расп на линзу ебя плос орой о кольцевь ее свет роходи й л-пол Свет (невой лампь1 и падаетющую из сну, на котнарезаныхожденияным, идихроичны ер ро ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ующим обра. от спектральной цезистраняется по световоду Френеля 2, представлякопараллельную пластиределенным образом е канавки. После простановится параллельт тонкопленочный ризатор 3, затем А /41800423 40 45 50 55 фазовращатель 4 и приобретает циркулярную о или о поляризацию, Затем свет с циркулярной поляризацией попадает в цилиндрическую ячейку поглощения 5 с рабочим атомным газом (цезием 133) и ориентирует спины атомов в направлении магнитного поля Н.Входная грань ячейки поглощения 5 одновременно является А/4- фазовращателем, а выходная грань этой ячейки 5 выполнена в виде линзы 6 Френеля. Она фокусирует свет на фотодиод 7, диаметр светочувствительной площадки которого существенно меньше диаметра линзы 6 Френеля и по условиям геометрической оптики примерно равен диаметру световода 1, На фотодиоде 7 вырабатывается фототок 1=О+ + зп вт, На практике фотодиод 7 соединяется с входом усилителя обратной связи, который усиливает переменную составляющую фототока 1 зп вт. Выход усилителя соединен с радиочастотной катушкой, намотанной на ячейку 5 поглощения. Таким образом, возникает автоколебательный режим квантового датчика на частоте в = у Н, по значению которой определяют величину измеряемого поля Н,Источник сигнала магнитного резонанса, состоящий из элементов 2 - 6,.выполнен единым узлом и совмещает в себя функции как фокусирующей оптической системы, кругового (и, о ) поляризатора, так и поглощающей ячейки. Такая конструкция узла повышает долговременную стабильность выходной частоты, так как в ней устраняются между элементами 2-6 различия в температуре, влажности и других параметрах внешней среды,Квантовый датчик может быть выполнен компактно и состоит, по-существу, из трех деталей: световода 1, источника сигнала магнитного резонанса - 2 - 6 и фотодиода 7. Это очень упрощает его конструкцию, настройку и дает возможность получать идентичные характеристики датчиков при их производстве. Такая конструкция позволяет выполнить квантовый датчик предельно малых размеров(объемом 2-3 см ). Кроме того,зпредлагаемый квантовый датчик позволяет расширить сферу его использования, а именно: открывается возможность проводить измерение магнитного поля как при наличии больших градиентов, так и при измерении поля в малых объемах.Формула изобретения Квантовый датчик с оптической спиновой накачкой, содержащий расположенные последовательно световод, дихроичный тонкопленочный к-поляризатор, жестко установленный между двумя стеклянными пластинами, А/4-фазовращатель, ячейку поглощения, наполненную рабочим газом, и фотоприемник, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения долговременной стабильности частоты, уменьшения габаритов и упрощения устройства, стеклянная пластина, обращенная к световоду, выполнена в виде линзы Френеля, другая совмещена с А /4-фазовращателем и одновременно является входной гранью ячейки поглощения, выходная грань ячейки поглощения, обращенная к фотоприемнику, выполнена в виде линзы Френеля, при этом линза Френеля, обращенная к световоду, и тонкопленочный дихроичный л-поляризатор плотно соединены с входной гранью ячейки поглощения.1800423 2 ставитель Е.Пестовред М,Моргентал каз 1164 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина тельский к зводственн дактор Т.Иванова Тех Корректор Т,Вашков