Способ измерения напряженности магнитного поля

(51) 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Ьеа 6, 416 катушкуутем из-. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Кеузег А.В., Мсе 1.А. Бс гег Т .Э. 1.0 еорЬуз, Вез, 1961, 6 3,Авторское свидетельство СССР У 578630, кл. С 01 К 33/00, 1975. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к области квантовой магнитометрии, а именно к измерению напряженности постоянного и медленного меняющегося магнитного поля с поМощью квантовых магнитометров с оптической ориентацией атомов. Цель изобретения - повьппение точности измерений в интервалах между импульсами импульсного высокочастотного напряжения цезий-гели- евой плазмы. Цель достигается тем,что в способе измерения напряженности магнитного поля на плазму воздействуют дополнительным высокочастотным напряжением,при этом отношение амплитуды высокочастотного напряжения к амплитуде импульсного высокочастотного напряжения цезий-галиевой плазмы больше нуля, но меньше или равно 0,1, Меньший предел отношения берется больше нуля, т,к, при равенстве нулю повьппения точности измерений не произойдет, Способ может быть реализован с помощью щелочно-гелиевого квантового магнитометра, включающего источник света накачки 1, линзу 2, циркулярный поляризатор 3, камеру поглощения 4, фотодетектор 5, генератор возбуждения разрядов 1 ГВР) 6, узкополосный усилитель 7, синхронный детектор 8, генедуляции 9, управляемый р 10, радиочастотнуюему регистрации 12, п менения режима работы ГВР. 3 ил,Изобретение относится к квантовой магнитометрии, а именно к измерению напряженности постоянного и медленно меняющегося магнитного поля с помощью квантовых магнитометров с оп тической ориентацией атомов.Целью изобретения является повышение точности измерений,Лополнительное воздействие на щелочно-гелиевую плазму, в которойпроизводится оптическая ориентацияатомов ВЧ напряжением, действующимв интервалах между импульсами, приводит к изменению характеристик плазмы, 15В частности, увеличивается концентрация метастабильных атомов гелия иуменьшается концентрация атомов щелочного металла, Изменяется их степень поляризации, Изменяется энергия электронов,Все это в совокупности приводитк изменению параметров сигнала магнитного резонанса атомов гелия - таких как его амплитуда и сдвиг резонансной частоты - определяющих чувствительность и ориентационную погрешность измерения напряженности магнитного поля.На фиг, и 2 представлены зависимости величины сигнала магнитногорезонанса от отношения амплитуд итемпературы; на фиг.З - щелочногелиевый квантовый магнитометр, реализующий способ,По мере увеличения амплитуды Адополнительного ВЧ напряжения принеизменной амплитуде Лимпульсногонапряжения (т.е. при увеличениисоотношения А /А )величина сигналамагнитного резонанса (Я), а следовательно, и чувствительность к изменениям магнитного поля сначала увеличивается в несколько раз, а затемуменьшается до исходной величинь 1. 45При этом воздействие дополнительного ВЧ напряжения приводит к уменьшению сдвигов частоты магнитного резонанса атомов гелия, Величина сдвига частоты (ЯВ) по мере увеличенияамплитуды ВЧ Напряжения непрерывноуменьшается вплоть до уровня шумов,т.е. более чем на порядок, Такимобразом, более чем на порядок уменьшается ориентационная погрешностьизмерения напряженности магнитногополя, Как видно ,из фиг1, увеличениеамплитуды сигнала Б, а, следовательно,повьппение чувствительности относительно исходного уровня имеет место в диапазоне А /Аниже О,1. Увеличение1отношения А,/Л выше 0,1 нецелесообразно, так как чувствительность становится при этом меньше исходной величины,При наличии дополнительного ВЧнапряжения оптимальная температура,при которой наблюдаются максимальныесигналы магнитного резонанса, повышается (фиг,г/. Причем при А/Л= О,оптимальная температура увеличиваетося более чем на 10 по сравнению сослучаем отсутствия дополнительногоВЧ напряжения (А/А = О), Это позволяет проводить измерения магнитногополя в более широком диапазоне температур,Магнитометр содержит спектральныйисточник 1 света накачки, линзы 2,циркулярный поляризатор 3, камеру 4 поглощения, фотодетектор 5 генератор 6возбуждения разряда, узкополосныйусилитель 7, синхронный детектор 8,генератор 9 модуляции, управляемыйгенератор 10, радиочастотную катушку 1, систему 2 регистрации. Усилитель 7, синхронный детектор 8 игенератор 9 модуляции образуют систему автоподстройки (САП),Магнитометр работает следующимобразом.Циркулярно-поляризованный светот спектрального источника света осуществляет оптическую ориентацию атомов цезия, находящихся в камере поглощения, Для создания метастабильных атомов гелия в камере поглощения возбуждается импульсный высокочастотный разряд, Поляризация метастабильных атомов гелия создаетсяв результате межатомных и электронатомных столкновений, протекающихв щелочно-гелиевой плазме. Резонансное радиополе для возбуждения магнитного резонанса между зеемановскими подуровнями 2 Я состояния34Не создается с помощью радиочастотной катушки, подключенной к управляемому генератору Возбуждение3резонанса 2 Я атомов гелия приво 1дит к изменению поглощения света накачки, что регистрируется фотодетектором, Сигнал с фотодетекторапоступает на систему автоподстройки, с помощью которой частота управляемого генератора подстраиваетсяпод частоту магнитного резонансаатомов гелия, Так как частота магнитного резонанса через гидромагнитноеотношение атомов гелия связана свеличиной внешнего магнитного поля,измерение этой частоты позволяет 5определить значение напряженностимагнитного поля,Предлагаемый способ может бытьреализован в щелочно-гелиевом магнитометре, в частности, путем из 10менения режима работы генераторавозбуждения разряда, Лля этого в промежутках между импульсами на выходе генератора должно оставатьсявысокочастотное напряжение с амплиту 15дой А удовлетворяющей условиюА/А с О,1, где А - амплитуда импульсов, Можно также применить кроме импульсного второй генератор,связанный с камерой поглощения, работающий в непрерывном режиме с амп-.3литудой А также удовлетворяющейсоотношению А,/А ,0,1, Это позволяет повысить чувствительность магнитометра в 3 раза и уменьшить ориентационную погрешность его показанийна порядок. Формула изобретения Способ измерения напряженности магнитного поля, включающий возбуждение импульсным высокочастотным напряжением цезий-гелиевой плазмы, оптической ориентации атомов цезия и регистрации сигнала магнитного резонанса атомов гелия, о т л и ч а - ю щ и й с я . тем, что, с целью павы" шения точности измерений в интервалах между импульсами импульсного вы сокочастотного напряжения цезий-гели- евой плазмы, на плазму воздействуют дополнительным высокочастотным напряжением, причем отношение амплитуды А, высокочастотного напряжения к амплитуде Аг импульсного напряжения удовлетворяет соотношению А,/ А-О,1.1291907 го оставитель В.Шульг ехред Л.Сердюкова Редакт Коррект анов рош акаэ 228/ иэводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4 30 щг Тираж 731 НИИПИ Государственн по делам иэобрете 35, Москва, Ж, РПодписноего комитета СССРий и открытийушская наб д,4/5