Квантовый магнитометр с оптической ориентацией метастабильных атомов гелия

ОП ИСАНИИ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 61) Дополнительное к авт, свид.ву22) Заявлено 04,07,75 (21) 215237 3/25(43) Опубликовано 2 Б Гасударственный комитет Совета Министров СССР па делам изобретений н открытий(4 б) Дата опубликования описания 16 пасенко, Р, А. Житников Е, В, Едино тьяно(71) Заявите а Физико-технический институт ена КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР С ОПТИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИЕЙ МЕТАСТАБИЛЬНЪХ АТОМОВ ГЕЛИЯ Изобретение относится к области магнит метрических устройств и может найти применение в технике точного измерения земно го космического и искусственно создаваемых магнитных попей.Известные квантовые магнитомеры с оптической ориентащпей атомов щелочных метаппов и гепия обладают самой высокой из известных магнитометрических устройств чувствительностью и точностью показаний,Однако такие магнитометры имеют нелинейную зависимость между величиной измеряемого магнитного поля и частотой магнитного резонанса, что требует введения соответствующих поправок при точном измерении магнитного попя, Кроме тогоатомы щелочных металлов имеют в спабых полях ( - 1 гс) неразрешенную сверхтонкую структуру спектра, что приводит к уг- ловой зависимости показаний магнитометра Такие магнитометры также имеют значительную температурную зависимость чувствительности, что требует тщательного термостатирования 11 Известен также квантовый магнитометрс оптической ориентацией метастабипьныхатомов гелия, содержащий спектральнуюлампу накачки, циркупярный поляризатор,з камеру погпощения, фотоприемник,высокочастотные генераторы дпя возбуждения разряда в спектрапьной пампе накачки и в камере погпощения, радиочастотный контур,охватывающий камеру поглощения, радио 10 частотный генератор, систему автоподстройки частоты радиочастотного генератора исистему измерения частоты 2. Такоймагнитометр имеет пинейную зависимостьмежду частотой магнитного реэонвнса и15 величиной измеряемого магнитного поляи не требует термостатирования,Однако в этом магнитометре для регистрации магнитного резонвнса метастабипьных атомов гелия применен фотоприемник,20 который регистрирует изменение интенсивности света накачки, проходящего черезкамеру погпошения . При такой регистрациифотоприемник подвеогается интенсивной постоянной засветке, что приводит к появлению25 значитепьчой постоянной составляющей тока1 тра, а сигнал магнитного резонанса регистр, ируется фотоприемником, который обладает высокой спектральной чувствительностьк20 в видимой и ультрафиолетовой областях ,спектра и регистрирует изменение интенсив- Мости излучения плазмы в камере поглощения при магнитном резонансе,На чертеже представлена функциональна схема квантового магнитометра с оптичес-, кой ориентацией метастабильных атомов гелия,Магнитометр содержит спектральную лам-пу 1 накачки с отражателем, поляроид 2 ,на длину волны 1,083 мкм, пластинку 3/ ,/Л/4 камеру поглощения 4, отражатель 5 с диэлектрическим покрытием, высокочастог,ный генератор 6 для возбуждения разряда в спектральной лампе накачки, высокочастотный генератор 7 для возбуждения слабого разряда в камере поглощения, радиочастотную катушку 8, фотоприемник 9 рез- ,нансный усилитель 10, фоточувствительный;, детектор 11, генератор модуляции 12;радио-О ,частотный генератор 13, систему 14 измерения частоты.Гелиевая лампа, в которой возбуждается безэлектродный высокочастотный разряд,ф.создает резонансное, излучение на длине волны 1,083 мкм. Это излучение, пройдя через циркулярный поляризатор и отража- . тель, который является пропус:кающим фильтром на этой длине волны, попадает в камеру поглощения и поглощается в ней мета дфстабильными атомами Некоторые создаюдся слабым высокочастотным разрядом. Врезультате этого происходит оптическая ориентация магнитных моментов метастабильных атомов Неф в направлении пуча света. Измеряемое магнитное поле Н ориентировано также в этом направлении. Если к системе метастабильных атомовНе приложено перпендикулярно к магниъному полю Нслабое радиочастотное по Квантовый магнитоме-р с оптической 55 .ориентацией метастабильных атомов гелия,одержаший спектральную лампу накачки,циркулярный поляризатор камеру поглон.ения, фотоприемник, расположенные на одной оптической оси, высокочастотные генеея раторы для возбуждения разряда в камев цепи фотоприемника и, следовательно, кбольшому уровню шумов. Кроме того в та;ком устройстве необходимо обеспечить вы- сокую стабильность источника света накач ки, бЦель изобретения - повысить чувствительность магнитометра и снизить требования к стабильности источника света накач(ки.то достигается тем что квантовый магнитометр с оптической ориентацией 1 метастабильных атомов гелия снабжен сжатывающим камеру поглошения отражателем с диэлектрическим покрытием, пропускаю 1 щим излучение на длине волны света накач ки (1083 мкм) и отражающим излучение Ь видимой и ультрафиолетовой областях спесле Н частота которого равна ларморовс4 кой частоте атомов Не в магнитном поле Н то оптическая ориентация метастабиль ных атомов Неф будет разрушаться. При этом интенсивность излучения на всех ли ниях атомов гелия видимой и ультрафиолетовой областей спектра увеличивается, Изменение интенсивности излучения атомов гелия в плазме газового разряда как и само это излучение является изотропным, При поможи отражателя то излучение собирается почти в полномлесном угле и регистрируется фотоприем 1 иком, Резонансный сигнал с нагрузки фооприэмника поступает на вход узкополосого усилителя и далее на вход системы Евтоподстройки частоты радиочастотного енератора. Частота радиочастотного генеатораизмеряется частотомером. Велиина измеряемого магнитного поля Но опеделяется иэ соотношения Н = /у где- гиромагнитное отношение метастабиль- ого атома Не, известное с большой точ остью.Таким образом, применение отражателядиэлектрическим покрытием лает возможость регистрировать сигнал магнитного еэонанса на длинах волн, отличных от длины волны света накачки, и устранить прямую засветку фотоприемника источником све та накачки, Вследствие этого более чем на порядок уменыдается величина постояннОЙ 1 составляющей тока фотоприемника, а следовательно, уменьшается и уровень шумов фотоприемника. Благодаря возможности использования фотоприемника в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, который имеет квантовый выход больший, по сравнению с фотоприемниками, регистрирующими свет с длиной волны 1083 мкм, и применению отражателя с диэлектрическим покрытием чувствительность магнитометра увеличится почти на порядок.Кроме того, псскольку свет спектральной лампы .накачки не регистрируется фотопрнейником требования к стабильности источника:ввета накачки уменьшаются в10 раэ. Формула изобретенияС, Шекмв орре Заказ 5451/208 Тираж 1029 ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д, 4/5 1 П фГ 1 атентф, г, Ужгород, ул. Проектная лнв ре поглощения и спектральной лампе накачки, радиочастотную катушку, охватывающуюкамеру поглощения с подключенным к ней,радиочастотным генератором, систему автоподстройки радиочастотного генератораи систему измерения частоты, о т л ич а ю ш и й с я тем, что, с целыс повышения чувствительности магнитометра иснижения требований к стабильности источника света накачки, он снабжен охватыва- )Оюшим камеру поглощения отражателем сдиэлектрическим покрытием, пропускающим излучение, соответствуюшее длине волнысвета накачки, а фотоприемник вьполненчувствительным к излучению камеры поглощения только в видимой и ультрафиолетовой областях спектра.Источники информации, принятые во внич мание при экспертизе:1, 1 епзен Н.,беор)пвсь ч ЗО, 875, 1965.2. М Я.КЮчьег, Х.А.Ясе мпд Ь,Р.ЮИеагег, 1 огпаф о беорьчв.%ею. ч.66, 4163, 196 ,( прототип).