Квантовый магнитометр

(51)5 6 01 К 33 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ СВ ЕЛЬС57 И итут етение относитситометрам (М 1)ацией атомов, ио для измерени астно оптичесожет бытземногочий при ти, к маги кой ориент спользова магнитного раэиещени Цель иэобр урс-гепиевьп 1984, л ант 54,и чувстия влияни Ж э СУДАРСТВЕННЮ НОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГННТ СССР 7.07. 90. Бюл. И 25907036(24-216.0 Ь.85изико -технический инстФ,Иоффе.А.Житников и Б.И.Гиэ21.37,044(088.,8)вторское свидетельство5, кл. С 01 И 314, 1нов А,В, и др, Рубдйвьй магнитометр. - ЖТФвып, 2 с.2315-2322,4) КВАНТОВЫЙ 1 АГНИТОИЕТР ения - попыение точнос тельности Ю 4 путем сннж градиента магнитного по1492938 и вариаций этого градиента, а такжеуменьшение габаритов. 1 ля этого в Явведены зеркала 3 или призмы полноговнутреннего отражения, а входы поля-,роидов 5 и выходы интерференционныхфильгров 4 оптически связань черезсоответствующие зеркала или линзыполного внутреннего отражения, при Изобретение относится к магнито." метрической техцике, в частности к 15 магнитометрам с оптической ориентаци" ей атомов, и может быть использовано для измерения земного магнитного поля и его вариаций при размещении магнитометра. иа подвижном носителе. 20Целью изобретения является повыше ние точности и чувствительности магнн- . тометра путем снижения влияния градиента магнитного поля и вариаций этого градиента, а также уменьшение га баритон.На фиг,1 приведена структурная схема квантового магнитометра с двумя каиерами поглощения; на Фиг.2 сечение,А-А на фиг.1; на Фиг,3 - се 4 чение Б-Б на фиг,1.Устройство содержит спекральную лампу 1 накачки, линзовые кондейсоры 2, зеркала 3 (или призмы полного внутреннего отражения), интерференционные 35 фильтры 4, поляроиды 5, четвертьволновые пластинки б, камеры 7, 8 поглощения, линзы 9, Фотодетекторы 10, блок 11 возбуждения и регистрации сигнала и радиочастоные катушки 12. При этом 40 спектральная лампа 1 накачки оптичес-, ки связана через соответствующие линзовые конденсаторы 2, зеркала 3 (или призмы полного внутреннего отражения) .интерференционные Фильтры 4, полярои ды 5, четвертьволновые пластинки 6, ,камеры поглощения 7, 8 и линзы 9 с фотодетекторами О, выходы которыхподключены к первому и второму входам блока 11 возбуждения и регистрации сигнала, выход которого соединен с радиочастотньми катушками 12.Интерференциониые Фильтры 4 могут располагаться как после зеркал 3 (или призм полного внутреннего от- у ражения ), так и до них (на фиг,1 показано пунктики).Магнитометр может быть выполнен с двумя или тремя камерами поглощеэтом камеры 7, 8 поглощения установлены вплотную одна к другой. Квантов,йММ содержит также лампу 1 накачки,линзовый конденсатор 2, поляроид 5,четвертьволновую пластинку 6, фотодетекторы 1 О, блок 11 возбуждения и регистрации сигала, радиочастотные катушки 12. 3 ил. ния, оптические оси которых перпендикулярны (М -магнитометр) или составляют углы 45 или 35 (М -магнитометр), а также с большим числом каме р,Магнитометр работает ссдуют.м Образом,Световое излучение сектралной лампы 1 накачки собирается , параллельные пучки лин .О:ми кодес ра-) мн 2 и, отразившись От зеркал 3 или призм полнОГО внутренеГО Отпаже" ния, попадает на пнтерференцнонные Фильры 4, пропускаюше только спектральную линию, необходимую для Ориентации атомов в камерах 7., 8 поглощения, После прохождения поляроидов 5 и четвертьволновых пластинок 6 это излучение .становится циркулярно поляризованным и Осуществляет оптическую Ориетапю атОов в камерах 7, 8 поглощения. Магнитный резонанс .атомов рабочего вещества камер поглопеиявозбуждается радиочастотным магнитным полем радиочастотных катушек 12,эапитываемых переменным током от блока 11 возбуждения и регистрации сигнала. В условиях магнитного резонанса световое излучение,собираемое на фотодетекторы 10 линзами 9, оказывается модулированным по интенсивности. Выходные сигналь ФотодетекторовФ 10 суммируются в блоке 11 всзбуждения и регистрации сигнала и используются для Формирования несущей частоты радиочастотного иагнитного поля. Таким образом замыкается цепь обратной связи, обеспечивающая на выходе блока 11 возбуждения и регистрации сигнала возникновение колебанийс частотой, определяемой величинойизмеряемого магнитного поля. Для Х -иагнитометра блок 11 состоФит иэ радиочастотнОГО генератора, устройства, модулирующего частоту сигнала этого генератора, подаряеио1 Г 92938 6го ца радиочасто.цые катушки 12, а мер поглощения взаимно ортогональное,также иэ подключенного к фотодетек- для И -типа углы между осями камерО торам, 1 О суммирующег усилителя, на- около 45 цли 135строенного на частоту модуляции и со- Расположение камер 7 8 поглощеединенного с этим усилителем сицхрон- ния, вплотную одна к другой поэволяного детектора, сигнал которого уп- ет в условиях магнитного поля, обларавляет частотой радиочастотного ге-. дающего существенной цеодпородностью,цератора, дающего ца выходе блока 11 что часто встречается на практике,информацию о величине измеряеМого ,О значительно уменьшить разницу в энао магнитного поля, чениях магнитного поля на камерахДля И"магнитометра, блок 11 состо- поглощения и, следовательно, весьмаит из широкополосного усилителя с по- существенно снизить влияние градиенлосой, перекрывающей диапазон резо- та измеряемого поля и его вариацийнансных частот рабочих атомов, подклюна чувствительность и точность магченного своими входами к фотодетекто- нитометра.рам 1 э а выходом к радиочастотнойам 1 Г Достигаемое в изобретении эначикатушке 12, Частота выходного сигна- тельное (н 1,5-2 раза) уменьшение гала этого усилителя дает значение из. - баритон магниточувстнигельного преобмеряемого магнитного поля, разователя магцитометра весьма суЗависимость амп.цтуц А, -н ходцьГх щестнеццо расширяет воэможности иссигналов фотодетекторов 10 от оГ- уг- пользования квантовых магнитометров ла между оптической осью 1-й камеры ца подвижных носителях, поглощения и направленцем измеряемого магнитного поля - цределяется 25 ф о р м у л а и з о б р е т е н и я формулой А =Кеоз В, Г,д. я магцитометра И -тица) илц А,=1 а 1 п В, сов 6, .(для Квантовый магнитометр, содержа- И-типа) где К -,ц зависящий от щий не менее двух камер поглощенияО коэффициент. с общей лампой цакачки, установленВ трехкамерном варианте всегда . ЗО ные последовательно перед каждой можно выбрать углы между оптическими камерой поглощения линзовый конденсор, осями камер поглощения такими, чтобь ицтерференциоцный Фильтр, поляроид, выходные сигналы фотодетекторов 1 О четнертьволцовую пластинку, причем це обращались одновременно в ноль при оптические оси камер поглощения, по- любых ориентациях, Иагццточувстнитель- мещецных в радиочастотные катушки35ный преорразователь такого магцито- образуют между собой заданные углы, метра не требует ориентации по от- после камер поглощения установлены ношению к направлению измеряемого маг- фотодетекторы соединенные с входамиблока возбуждения и регистрации сигДнуХкамерньй вариант магциточувст О нала, выход которого подключен к равительного преобразователя имеет диочастотньГм катушкам о т л и ч а юмертвую зону в ориентационной зани- щ и й с я тем, что, с целью повысимости"амплитуды сигнала - зону не- щения точности и чувствительности чувстнйтельности - в тех случаях, путем снижения влияния градиента маг" когда измервемое магнитное поле со нитного поля и нариаций этого градиставляет угол, близкий к 90 , с плос-ента, а также уменьшения габаритов, костью оптических осей камер погло- в него введены зеркала или призмы щения, Однако наличие "мертвой зоны" полного внутреннего отражения, распоне препятствует использованию такого ложенные непосредстненно после линзо магнитометра в целом ряде техничес ных кондецсоров или интерференцион-. ких приложений. Для магнитометра ных Фильтров, а камеры поглощения И-типа оптимальное положение осей ка- установлены нплотную одна к другой,492938 Л-М Составитель Л.Устинова Редактор Т.Зубкова Техред Л.Сердюкова Корректор И.ГорнаяР Заказ 2488 Тиран 569 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Увгород, ул. Гагарина, О 1