Квантовый магнитометр с оптической ориентацией метастабильных атомов гелия

(51) и. кл.6 ЗЗ/00 Гвеудервтвюай внтет6 еввтв Мннтрав ИСРвв делам нзебретеннн втальтю,08,77, Бюллетень31ания описания 09.12,77 550.834 (088 8) 5) Дата опублико Авторы изобретен. В. Блинов, Л. С, Вла рдена Ленина физико.технический институт им. А Ф. Иоффе(7 ите 54) КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР С ОПТИЧЕСКОЙ ОРИЕНТАЦИ МЕТАСТАЬИЛЬЙЫХ АТОМОВ ГЕЛИЯИзобретениеустройствам и моточного изме редругих магнитныИзвестные ккой ориентациегелия обладаютпостыл, быстрод нитометрическиеФ ененне в технике космического и относится жет найти 4возб ния земи х полей. вантовые й атомов высокой ействием, ого магннтометды с оптикс. щелочных металлов ичувствительностью, точ. непрерывным режимом работы.Однако высокая чувствительность магиито 10метров с оптической ориентацией атомов щелочныхметаллов достигается лишь при местном термоста.тировании, так как оиа зависит от температурыпаров рабочего вещества в камере поглощения Щ.При точном измерении магнитного поля необхо 15димо вводить соответствующую поправку, обус.ловленную нелинейной зависимостью частоты мг.нитного резонанса щелочных металлов от величиныизмеряемого магнитного поля, Кроме того, несси.метричность линии магнитного резонанса приводит 20к сильной угловой зависимости показаний мапато.метра.Прототипом описываемого изобретения являетсяМ.магнитометр с оптической ориентацией атомовгелия, состоящий из спектральной лампы накачки, 25 ркулярного поляризатора, камеры поглощения,опрнейинка, высокочастотных генераторов для уждення разряда в камере поглощения и вмне накачки, радиочастотных генератора и ка. тунпси, системы автонодстройкн радиочастотногогенератора н системы измерения частоты (2),Такой магнитометр имеет линейную зависимость между часпкой магнитного резонанса и вели. чнной измеряемого магнитного поля и не требует термостатнроваиия,Однако сигнал магнитного резонанса регистрн руется фотоприемником, в качестве которого применяются полупроводниковые фотодиоды. Они не долговечны, подвержены влиянию различных внешних излучений, имеют сильную температурную зависимость чувствительности. Кроме того, при регист. радин сигнала магнитного резонанса фотоприемни. ком требуется обеспечение высокой стабильности источника света накачки и снижение до минимума его шумов, что приводит к усложнению конструк. цнн прибора.Цель изобретения, - создание квантового магннтометра, который, сохраняя преимущества маг. нитометров с оптической ориентацией метастабиль кых атомов гелия, обладал бы более высокойнадежностью и, кроме того, позволил бы снизить требования к стабильности источника света на. качки.Это достигается благодаря выполнеггггю систе. мы регистрации резонансного сигнала в виде изме. рителя злектропроводности плазмы, связанного сй камерой поглощения и представляющего собои, например, высокочастотный амплитудный детек. тор, подключенный к выходу высокочастотного генератора, возбуждающего разряд в камере поглощения.На чертеже изображена ф ункционалъная схема магнитометра с оптической ориентацией метаста бил ьных атомов гелия.Магнитометр содержит спектральную лампу 1 накачки с отражателем; поляроид 2 на длину волны 1,08 мкм; пластинку ЗЦ 4; камеру 4 поглощения; высокочастотный генератор 5 для возбуждения раз ряда в лампе 1 накачки; высокочастотный генерл.тор 6 для возбуждения слабого разряда в камере поглощения; радиочастотную катушку 7; систему регистрации резонансного измерения электроггроводности пиаэмы в камере поглощения, представ.ляюшую собой (в данном случае) высокочастотный амплитудный детектор 8; резонансный усилитель 9, синхронный детектор 10; генератор модуляции 11; радиочастотный генератор 12 (элемегггы 9, 10,11 представляет собой систему автоподстройки часто.ты генератора 12); систему измерения частоты . радиочастотного генератора 13.елиевая лампа 1, в которой возбуждаетсябезэлектродкый высокочастотный разряд создает резонансное излучение на длине волны 1083 мкм, Это излучение, пройдя через циркулярньгй поляри затор (поляроид 2 и пластинку 3), попадает а камеру поглощения 4 и поглощается в ней метаста бильными атомами Не, которые создаются слабым высокочастотным разрядом, В результате этого поглощения и последующего излучения света проис.ходит опг кчаская ориентация магнитных моментов метастаоильных атомов Не в направлении луча света, Если к системе метастабильиых атомов Не приложено перпендикулярно внешнему магнитно му полю слабое переменное поле Не, которое создается радиочастотной катушкой 7, подключен.ной к радиочастотному генератору 12, и это переменное поле имеет частоту Х, равную.частоте ларморовской прецессии магнитных момен.тов метастабильных атомов Не во внешнем маг.нитном поле Ио, то оптическая ориентация метаста. бильных атомов Не будет разрушаться, При этом вютггость электронов в плане разряда увеличив.ется, что приводит к изменению электропровод.ности .: . в камере поглощегая и, следователь.но,; гк - :, . енив сигнала щ выходе системы регист.рапи,;хт 1 епровогшс -, ш азу. Этот сигнал нду етст дчл -годдеожаг. гл,огра .,;"о эгуче,иня частоты 1 поля Н, с помощью системы автопод.стройки частоты, в которую входят резонансныйусилитель 9, синхронный детектор 10 и генератормодуляции 11.Частотарадиочастотного поля связана с вели.сгной постоянного магнитного поля Но и, следова.тельно, может служить дпя измерения его величины.Кроме высокочастотного амплитудного детек.тора, выполненного в виде измерительного моста на10 полупроводниковых диодах, для регистрацииэлектропроводности плазмы можно применять идругие системы, В частности, можно использоватьзондирование плазмы СВЧ излучением или зондовый метод регистрации на постоянном токе,15 Применение системы регистрации измененияэлектропроводности плазмы для регистрации маг.нитного резонаггса оптически ориентированных атомов Не позволяет исключить из конструкцииустройства обычно используемый для этой цели2 ц фотоприемник и применить детали, которые стойкик воздействию радиации и других излучений, обладают в несколько раз большим сроком службы, атакже меньшей стоимостью, Кроме того, примене.ние системы регистрации электропроводности плаз.,25 мы позволяет более чем на два порядка снизитьтребования к стабильности источника света на,качки,Ф ор мула изобретенияКвантовый магнитометр с оптической ориента.цией матастабильных атомов гелия, содержащий спектральную лампу накачки, циркулярный поля.ризатор, камеру поглощения, расположенные на одной оптической оси, высокочастотные генераторы для возбуждения разряда в спектральной лампе и камере поглощения, охватывающую камеру погло.1 цения, радиочастотную катушку с подключенным к ней радиочастотным генератором, систему регистрации резонансного сигнала, выход которой подклю" 40 чен к системе автоподстройки частоты радиочастоткого генератора, и систему измерения частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения помехозащишенности, повышения надежности маг нитометра и снижения требований к стабильности 45 источника света накачки, система регистрации резонансного сигнала представляет собой измеритель, электропроводиости плазмы, связанный с камерой поглощения и выполненный, например, в виде вы.сокочастогного амплитудного детектора, подклго.5 О ченного к выходу высокочастотного генератора,возбуждающего разряд в камере поглощения.Источники информации, принятые во вниманиенри экспертизе:. ОюеВ Р.Ь .,баргцысе,ЗО,663,665,ы 2 . Кеоьег А Я.,Жса .г.й. аггс Зсйеожр .1 г.3 ацивоР оХ Вас рЬцз 1 ссаГ Иеаесйзфсй.,ч,бб,ИбЪ, йб 1ктор А ффа Тираж 1101 Подпи Государственного комитета Совета Министров по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 45