Квантовый магнитометр с оптической накачкой

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистицвских Республик(43) Опубликовано 05.12 Государственный комит Совета Министров ССС по делам изооретений и открытий(45) Дата опубликования описания 19.01.77 Авторизобретения Н. Я 71) Заявитель Особое конструкторское бюро Министерства геологии ССС 54) КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР С ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧК Устройство о ится к области квантьще При этом оты наблюдае тмечается за мого переход рального расп о проявляется ного распреде ией поглощени возбуждении в исимость часот интенсиви и спе деления свев несовпадета накачки, ч нии спектрал ия светарабочего векачки с лин ества или в процессе вои электроники.Известны квантовые магнитометры с оптической накачкой и оптическим детектированием переходов в зеемановской структуре основных состояний щелочных металлов, в которых частота зависящего от магнитного поля перехода контролируется путем изменения населенностей рабочих состояний при воздействии переменного радио- поля. Необходимая разность населенностей рабочих состояний создается облучением ячейки с рабочим веществом, обладающим нужным спектральным распределением. В качестве источников света накачки обычно используют разряд в парах рабочего векачки когерентности в состоянии с гироматичным отношением, отличным от рабочего.Спектральное распределение света иоточников накачки, как правило, не совсем совпадает с линиями поглощения в спектре рабочего вещества иэ-за присутствия в резонансной ячейке посторонних газов, эффектов давления, самообращения линий в источнике или в результате перекрытия близких компонент в спектре, как это имеет место в Не.Смещение частоты под действием света накачки связано также с возбуждением в процессе накачки когерентности в возбужденных состояниях и оказывается существ венным в магнитометрах на парах щело ных металлов, испсцтьзующих буферные покрытия, и на гелии.Следствием смещения частоты перехода в известных магнитометрах проявпяется зависимость результатов измерений магнитного поля как от режимов источников накачки, так и от ориентации вектора измеряемого магнитного поля относительно направления распространения света накачки10 15 45 50 в приборе. В результате значительно снижается точность измерения магнитных пслей, так как смешения частоты, связанные с влиянием света накачки, превышаютдостижимую чувствительность,Для снижения ошибок, связанных соспектральным распределением света накачки в магнитометре на гелии, предполагалось использовать два независимых ис 4точника, содержащих изэтэпы Не и НеТакое решение требует тщательного подбора и жесткой стабилизации режимов исовершенно не устраняет ошибок, связанных с когерентным движением возбужденных состояний,Целью изобретения является повышениеточности и устранение зависимости результатов измерения магнитного поля от интенсивности и спектрального распределения света накачки в магнитометре с оптической накачкой,Сущность изобретения состоит во введении в схему магнитометра вспомогательного генератора импульсов, соединенного с формирователем импульсов, включенным в цепь системы возбуждения радиополя и перестраиваемого генератора, иформирователем импульсов, включенным вцепь генератора возбуждения источникасвета, Вспомогательный генератор импульсов включен таким образом, что процессы накачки и взаимодействия рабочеговещества с резонансным радиополем раделены во времени,На фиг. 1 приведена блок-схема предложенного магнитометра, содержащегоспектральный источник света накачки 1,генератор 2 возбуждения источника света,оптическую систему 3, резонансную ячейку 4 с рабочим веществом, систему возбуждения 5 резонансного радиополя, формирователь 6 импульсов радиополя, перестраиваемый генератор 7 радиопопя, вспомогательный генератор 8 импульсов, формирователь 9 импульсов света накачки,фотоприемник 10, избирательный усилитель 11, систему 12 автоматической подстройки частоты, частотомер 13,На фиг. 2 показано взаимное временное распределение воздействия на рабочеевещество света накачки и резонансногорадиополя: О - интенсивность света накачки: ц - импульсы радиополя,Свет источников накачки 1, запитанного от генератора 2 возбуждения источника света, с помощью оптической системы 3, создающей циркулярную поляризацию, направляется на резонансную ячейку4 с рабочим веществом и создает разность населенностей уровней магнитнойструктуры,Резонансная ячейка расположена в системе возбуждения 5 радиополя, запитанной через формирователь 6 импульсов радиопоня переменным напряжением от перестраиваемого генератора 7, частота которого соответствует частоте рабочего перехода. Вспомогательный генератор 8 импульсов соединен с формирователем 9 импульсов света накачки, включенным в цепьгенератора возбуждения источника светанакачки, и формирователем 6 импульсоврадиополя таким образом, что воздействиесвета накачки и резонансного радиополяна рабочее вещество разделено во времени и осуществляется последовательно, какизображено на фиг. 2.Разность населенностей, созданная вовремя действия света накачки, после выключения источника накачки разрушаетсяпод действием релаксационных процессови резонансного радиополя. После окончанияимпульса радиополя, при следующем включении света накачки, прозрачность ячейкидпя света накачки определяется разностьюнаселенностей рабочих состояний, сохранившейся после воздействия радиополя. Приточном совпадении частоты радиополя с частотой рабочего перехода прозрачность ячейки оказывается минимальной для светанакачки. За время действия импульса света накачки прозрачность ячейки с рабочимвеществом увеличивается по мере восстановления под действием накачки разностинаселенностей, но средняя за время импульсов света накачки прозрачность ячейкиминимальна при совпадении частоты радисполя с частотой перехода. В такой схемепроцесс накачки и контроля населенностейразделен во времени от резонансного водействия радиополя.В период воздействия на вещество резонансного радиополя рабочие состоянияне подвержены воздействию света накачки,и зффекты смещения частоты переходов непроявляются, если за время действия светанакачки когерентность рабочих состоянийуспевает полностью разрушиться, Частотаследования и длительность импульсов накачки и радиополя выбираются в соответствии с временем релаксации населенностей и достижимыми скоростями накачкис тем, чтобы обеспечить максимальнуючувствительность.Йля автоматической подстройки частотырадиополя по минимуму прозрачности резонансной ячейки частота или фаза перестраиваемого генератора модулируется низ446012 1 3 Составитеехред О,Т. Орловска з 5655/2 Тираж 690 Государственного коми по делам изобретени 13035, Москва, Ждписное истров С И та Совета Мин и открытий Раушская наб., д. ПП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 илиа кой частотой Я , а свет накачки, прсг.шедший через резонансную ячейку, контролируется фотоприемником 10, Частота Я. много меньше частоты следования импульсов света накачки и радиополя. Тог- Ь да на фотоприемник поступают импульсы света, средние значения которых промодулированы этой низкой частотой, Выход фотоприемника присоединен к избирательномуО усилителю 11, содержащему фильтры для выделения огибающей с частотой й импульсов света, прошедших через резонансную ячейку, Выходной сигнал усилителя поступает в систему 12 автоматической подстройки частоты, содержащую низкочастотный генератор и синхронный детектор.Выходной сигнал последнего поступает на исполнительный элемент перестраиваемого генератора 7 и поддерживает его частоту равной частоте рабочего перехода, Величина измеряемого магнитного поля однозначно связана с частотой перехода и частотой перестраиваемого генератора. Частотомер 13 измеряет частоту перестраивае- р мого генератора в единицах частоты илимагнитного поля. Ф ормула изобретения Квантовый магнитометр с оптической накачкой, состоящий из источника света накачки, генератора возбуждения источника света, оптической системы, резонансной ячейки, системы возбуждения радиополя, фотоприемника, избирательного усилителя, схемы подстройки частоты, перестраиваемого генератора и частотомера, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности и устранения зависимости результатов измерения магнитного поля от интенсивности и спектрального распределения света накачки, в него введен вспомогательный генератор импульсов, соединенный с формирователем импульсов, включенным в цепь системы возбуждения радиополя и перестраиваемого генератора, и формирователем импульсов, включенным в цепь генератора возбуждения источника света. Н. Якобсон вая Корректор И, Гокси