Квантовый датчик с оптической спиновой накачкой

 

Использование: изобретение относится к квантовым датчиком магнитного поля и может быть использовано в геофизическом приборостроении при создании квантовых магнитометров, измеряющих слабое магнитное поле Земли. Сущность изобретения: устройство содержит световод, источник сигнала магнитного резонанса и фотодиод. Источник сигнала магнитного резонанса состоит из плотно соединенных между собой линзы Френеля, тонкопленочного дихроичного я-поляризатора и ячейки поглощения, наполненной рабочим газом. Входная грань ячейки поглощения выполняет одновременно функцию Я /4-фазовращателя, а выходная грань (обращенная к фотодиоду) - дополнительно функцию линзы Френеля. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 Ч 3/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4924351/25 (22) 02.04.91 (46) 07.03.93. Бюл. ¹ 9 (71) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (72) Д.Е,Пестов и E,Н.Пестов (56) Рубидиевий стандарт частоты 41 — 74.

Техническое описание ЕЭ2.721.191.ТО„

1987.

Авторское свидетельство СССР № 609378, кл. G 01 V 3/14, 1984. (54) КВАНТОВЫЙ ДАТЧИК С ОПТИЧЕСКОЙ

СПИНОВОЙ НАКАЧКОЙ (57) Использование: изобретение относится к квантовым датчиком магнитного поля и может быть использовано в геофизическом

Изобретение относится к квантовым датчикам магнитного поля и может быть использовано в геофизическом приборостроении при создании квантовых магнитометров, измеряющих слабое магнитное поле Земли.

Цель изобретения — повышение долговременной стабильности частоты, уменьшение габаритов и упрощение устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Квантовый датчик с оптической спиновой накачкой содержит расположенные последовательно световод1, линзу Френеля 2, дихроичный тонкопленочный л,-поляризатор 3, А /4-фазовращатель 4, являющийся одновременно входной гранью цилиндрической ячейки 5 поглощения, наполненной рабочим газом, линзу Френеля 6, являющуюся одновременно выходной гранью ячейки 5, и фотодиод 7, заключенные в корпус 8. При. Ы,» 1800423А1 приборостроении при создании квантовых магнитометров, измеряющих слабое магнитное поле Земли. Сущность изобретения: устройство содержит световод, источник сигнала магнитного резонанса и фотодиод.

Источник сигнала магнитного резонанса состоит из плотно соединенных между собой линзы Френеля, тонкопленочного дихроичного л -поляризатора и ячейки поглощения, наполненной рабочим газом.

Входная грань ячейки поглощения выполняет одновременно функцию А /4-фазовращателя, а выходная грань (обращенная к фотодиоду) — дополнительно функцию линзы Френеля. 1 ил, этом линза Френеля 2, обращенная к световоду 1, и тонкопленочный дихроичный лполяризатор 3 плотно соединены, например, клеем с входной гранью 4 ячейки

5, а элементы 2 — 6 образуют единый конструктивно законченный узел — источник сигнала магнитного резонанса. Усилитель обратной связи и радиочастотная катушка, соединенные с фотодиодом 7, не показаны на чертеже, Устройство работает следующим образом.

Свет (например. от спектральной цезиевой лампы) распространяется по световоду

1 и падает на линзу Френеля 2, представляющую из себя плоскопараллельную пластину, на которой определенным образом нарезаны кольцевые канавки. После прохождения ее свет становится параллельным, проходит тонкопленочный дихроичный л -поляризатор 3. затем 1 /41800423

45

55 фазовращатель 4 и приобретает циркулярную о или о поляризацию, Затем свет с циркулярной поляризацией попадает в цилиндрическую ячейку поглощения 5 с рабочим атомным газом (цезием 133) и ориентирует спины атомов в направлении магнитного поля Н.

Входная грань ячейки поглощения 5 одновременно является il/4- фазовращателем, а выходная грань этой ячейки 5 выполнена в виде линзы 6 Френеля. Она фокусирует свет на фотодиод 7, диаметр светочувствительной площадки которого существенно меньше диаметра линзы 6 Френеля и по условиям геометрической оптики примерно равен диаметру световода 1, На фотодиоде 7 вырабатывается фототок 1=4+

+ i

Источник сигнала магнитного резонанса, состоящий из элементов 2 — 6,. выполнен единым узлом и совмещает в себя функции как фокусирующей оптической системы, кругового (и, о ) поляризатора, так и поглощающей ячейки. Такая конструкция узла повышает долговременную стабильность выходной частоты, так как в ней устраняются между элементами 2-6 различия в температуре, влажности и других параметрах внешней среды, Квантовый датчик может быть выполнен компактно и состоит, по-существу, из трех деталей: световода 1, источника сигнала магнитного резонанса — 2 — 6 и фотодиода 7.

Это очень упрощает его конструкцию, настройку и дает возможность получать идентичные характеристики датчиков при их производстве. Такая конструкция позволяет выполнить квантовый датчик предельно малых размеров (объемом 2-3 см ). Кроме того, з предлагаемый квантовый датчик позволяет расширить сферу его использования, а именно: открывается возможность проводить измерение магнитного поля как при наличии больших градиентов, так и при измерении поля в малых объемах.

Формула изобретения

Квантовый датчик с оптической спиновой накачкой, содержащий расположенные последовательно световод, дихроичный тонкопленочный к-поляризатор, жестко установленный между двумя стеклянными пластинами, А/4-фазовращатель, ячейку поглощения, наполненную рабочим газом, и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения долговременной стабильности частоты, уменьшения габаритов и упрощения устройства, стеклянная пластина, обращенная к световоду, выполнена в виде линзы Френеля, другая совмещена с il /4-фазовращателем и одновременно является входной гранью ячейки поглощения, выходная грань ячейки поглощения, обращенная к фотоприемнику, выполнена в виде линзы Френеля, при этом линза Френеля, обращенная к световоду, и тонкопленочный дихроичный х-поляризатор плотно соединены с входной гранью ячейки поглощения.

1800423

30

50

Составитель Е.Пестов

Техред M,Ìîðãåíòàë

Корректор T,Вашкович

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1164 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5