Способ измерения напряженности магнитного поля

 

Изобретение относится к области квантовой магнитометрии, а именно к измерению напряженности постоянного и медленного меняющегося магнитного поля с пойощью квантовых магнитометров с оптической ориентацией атомов. Цель изобретения - повьшение точности измерений в интервалах между импульсами импульсного высокочастотного напряжения цезий-гелиевой плазмы. Цель достигается тем. что в способе измерения напряженности магнитного поля на плазму воздействзтот 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 повьштения точности измерений не произойдет. Способ может быть реализован с помощью щелочно-гелиевого квантового магнитометра, включающего источник света-накачки 1, линзу 2, циркулярный полярис затор 3, камеру поглощения 4, фотодетектор 5, генератор возбуждения разрядов (ГВР) 6, узкополосный усилитель 7, синхронный детектор 8, генератор модуляции 9, управляемый генератор 10, радиочастотную катушку 11, систему регистрации 12, путем изг менения режима работы ГВР. 3 ил. СЛ , та и 4-«с /5 1 1М- ю HZJ Ь..

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PECflYBflHH (19) (11) (51)4 G 01 R 33 02

V F(A1- q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3806970/24-21 (22) 30,10,84 (46) 23.02.87. Бюл, У 7 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) Е,В,Блинов и П.П,Кулешов (53) 621,317.44 (088,8) (56) Keyser A.R., Мсе Т.А. Schearer Т.D. Т.Geoрhys. Res. 1961, 66, 4163.

Авторское свидетельство СССР

1(578630, кл. G 01 R 33/00, 1975. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к области квантовой магнитометрии, а именно к измерению напряженности постоянI I ного 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-гелиевой плазмы. Цель достигается тем, что в способе измерения напряженности магнитного поля на плазму воздействуют дополнительным высокочастотным напряжением,при зтом 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, Спо соб может быть реализован с помощью щелочно-гелиевого квантового магнито,метра, включающего источник света .накачки 1, линзу 2, циркулярный поляризатор 3, камеру поглощения 4, фотодетектор 5, генератор возбуждения разрядов (ГВР) 6, узкополосный усилитель 7, синхронный детектор 8, генератор модуляции 9, управляемый генератор 10, радиочастотную катушку

11, систему регистрации 12, путем из-. менения режима работы ГВР. 3 ил, 1291907

Изобретение относится к квантовой магнитометрии, а именно к измерению напряженности постоянного и медленно меняющегося магнитного поля с помощью квантовых магнитометров с оптической ориентацией атомов.

Целью изобретения является повышение точности измерений, Дополнительное воздействие на щелочно-гелиеную плазму, в которой производится оптическая ориентация атомов ВЧ напряжением, действующим в интервалах между импульсами, приводит к изменению характеристик плазмы,!5

В частности, увеличивается концентрация метастабильных атомов гелия и уменьшается концентрация атомов щелочного металла, Изменяется их степень поляризации, Изменяется энергия электронов, Все это в совокупности приводит к 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 зависи- З0 мости величины сигнала магнитного резонанса от отношения амплитуд и температуры; на фиг.3 — щелочногелиевый квантовый магнитометр, реализующий способ, Uo мере увеличения амплитуды А

1 дополнительного ВЧ напряжения при неизменной амплитуде А импульсного напряжения (т.е. при увеличении соотношения А /А )величина сигнала и магнитного резонанса (S), а следовательно, и чувствительность к изменениям магнитного поля сначала увеличивается в несколько раз, а затем уменьшается до исходной величины. 45

При этом воздействие дополнительного ВЧ напряжения приводит к уменьшению сдвигов частоты магнитного резонанса атомов гелия. Величина сдвига частоты (ЯВ) по мере увеличения амплитуды ВЧ Напряжения непрерывно уменьшается вплоть до уровня шумов, т.е. более чем на порядок, Таким образом, более чем на порядок уменьшается ориентационная погрешность измерения напряженности магнитного поля. Как видно,из фиг ° i увеличение амплитуды сигнала S а, следовательно, повьппение чунствительности относитель но исходного уровня имеет место в диапазоне А /А ниже О,1. Увеличение

1 отношения A,/А вьппе 0,1 нецелесообразно, так как чувствительность становится при этом меньше исходной величины, При наличии дополнительного ВЧ напряжения оптимальная температура, при которой наблюдаются максимальные сигналы магнитного резонанса, повышается (фиг,2/. Причем при А /А = 0,1 оптимальная температура увеличиваето. ся более чем на 10 по сравнению со случаем отсутствия дополнительного

ВЧ напряжения (А /А = О), Это позволяет проводить измерения магнитного поля в более широком диапазоне температур, Магнитометр содержит спектральный источник 1 света накачки, линзы 2,циркулярный поляризатор 3, камеру 4 поглощения, фотодетектор 5,, генератор 6 возбуждения разряда, узкополосный усилитель 7, синхронный детектор 8, генератор 9 модуляции, упранляемый генератор 10 радиочастотную катушку 1!, систему !2 регистрации. Усилитель 7, синхронный детектор 8 и генератор 9 модуляции образуют систему автоподстройки (САП), Г1агнитометр работает следующим образом.

Циркулярно-поляризованный свет от 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 создается в результате межатомных и электронатомных столкновений, протекающих н щелочно-гелиеной плазме, Резонансное радиополе для возбуждения магнитного резонанса между зеемановскими подуровнями 2 S< состояния

4

Не создается с помощью радиочастотной катушки, подключенной к управляемому генератору„ Возбуждение

3 резонанса 2 $ атомов гелия приво1 дит к изменению поглощения света накачки, что регистрируется фотодетектором. Сигнал с фотодетектора поступает на систему автоподстройки, с помощью которой частота управляемого генератора подстраивается под частоту магнитного резонанса

1 291907

° S

lome3

0 7 Aq/Ag атомов гелия, Так как частота магнитного резонанса через гидромагнитное отношение атомов гелия связана с величиной внешнего магнитного поля, измерение этой частоты позволяет 5 определить значение напряженности магнитного поля, Предлагаемый способ может быть реализован в щелочно-гелиевом магнитометре, в частности, путем из10 менения режима работы генератора возбуждения разряда, Лля этого в промежутках между импульсами на выходе генератора должно оставаться высокочастотное напряжение с амплиту15 дой А, удовлетворяющей условию

A;/А с 0,1, где A — амплитуда импульсов, Можно также применить кроме импульсного второй генератор, связанный с камерой поглощения, работающий в непрерывном режиме с амп-. б литудой А,, также удовлетворяющей соотношению А,/А 0,1, Это позволяет повысить чувствительность магнитометра в 3 раза и уменьшить ориентационную погрешность его показаний на 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 шийся . тем, что, с целью павы" шения точности измерений в интервалах между импульсами импульсного вы сокочастотного напряжения цезий-гелиевой плазмы, на плазму воздействуют дополнительным высокочастотным напряжением, причем отношение амплитуды

А, высокочастотного напряжения к амплитуде Ар импульсного напряжения удовлетворяет соотношению

А,/ А - О,1.

1291907

2, Составитель В.Шульгин

Техред Л.Сердюкова

Корректор М,Шароши

Редактор В.Иванова

Закаэ 228/44

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4

Еот

Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5