SU811186A1 - Quntum magnetometer - Google Patents
Quntum magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- SU811186A1 SU811186A1 SU792740371A SU2740371A SU811186A1 SU 811186 A1 SU811186 A1 SU 811186A1 SU 792740371 A SU792740371 A SU 792740371A SU 2740371 A SU2740371 A SU 2740371A SU 811186 A1 SU811186 A1 SU 811186A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- absorption cell
- cell
- spectral lamp
- tanks
- working
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
1one
Изобретение относитс к области приборостроени и может быть использовано дл построени квантовых магнитометров, измер ющих слабые магнитные пол на Земле и в космическом пространстве.The invention relates to the field of instrumentation and can be used to build quantum magnetometers that measure weak magnetic fields on Earth and in space.
Известен квантовый стандарт частоты, в котором чейка поглощени , наполненна рабочим атомным газом, и спектральна лампа, разр д в которой осуществл етс сильным высокочастотным полем, размещены в одном немагнитном корпусе. Тепло поверхности баллона спектральной лампы, нагревающейс при свечении до температуры 110°С, обогревает чейку поглощени конвективным путем и поддерживают ее рабочую температуру 70°С, если внешн температура положительна (около ) и измен етс в небольшом диапазоне 1.A quantum frequency standard is known in which an absorption cell filled with an atomic gas and a spectral lamp, in which the discharge is carried out by a strong high-frequency field, is housed in a single non-magnetic package. The heat of the surface of a balloon of a spectral lamp, heated by luminescence to a temperature of 110 ° C, heats the absorption cell by convective means and maintains its operating temperature of 70 ° C if the external temperature is positive (about) and varies in a small range 1.
Известен также квантовый магнитометр, в котором обогрев только чейки поглощеВИЯ осуществл етс угольной тканью или бифил рной обмоткой, расположенными непосредственно на поверхности чейки. Эти элементы подогрева чейки поглощени подключаютс к высокочастотному генератору или источнику посто нного тока 2J.A quantum magnetometer is also known, in which only the absorption cell is heated by a carbon cloth or bifillary winding located directly on the cell surface. These elements of the preheating absorption cell are connected to a high frequency generator or a DC source 2J.
при высокоточных измерени х магнитного пол перечисленные способы обогрева чейки внос т большие погрешности. Кроме того, донь чейки, через которые проходит свет накачки, имеют более низкую температуру , чем остальна поверхность чейки , так как на них не располагаетс обогревающий элемент. Это ухудшает качество чейки во времени и снижает точность измерений .With highly accurate magnetic field measurements, the listed cell heating methods introduce large errors. In addition, the dyon cells, through which the pumping light passes, have a lower temperature than the rest of the cell surface, since there is no heating element on them. This impairs the quality of the cell over time and reduces the accuracy of measurements.
Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс устройство, содержащее датчик с оптической накачкой, внутри корпуса которого размещены спектральна лампа, контрольный и рабочий фотодиоды , чейка поглощени , радиочастотна катушка, окрул :ающа чейку поглощени , фокусирующие линзы, циркул рный пол ризатор и термодатчик, установленный на поверхности чейки поглощени , а также высокочастотный генератор и усилитель сигнала прецессии 3.The closest technical solution to the invention is a device comprising an optically pumped sensor with a spectral lamp, a control and working photodiodes, an absorption cell, a radio frequency coil, surrounding: the absorbing cell, focusing lenses, a circular polarizer and a thermal sensor, mounted on the surface of the absorption cell, as well as a high frequency generator and a precession signal amplifier 3.
Недостатками его вл ютс погрешности при измерении магнитного пол в результате действи мощного высокочастотного пол ( мГц), возбуждающего разр д в спектральной лампе, располагающейс в одном корпусе вблизи чейки поглощени ; действи магнитного пол нагревател собственно самой чейки на рабочий атомный газ в этой чейке. В области низких температур -30- 40°С, когдаIts disadvantages are the errors in measuring the magnetic field as a result of the action of a powerful high-frequency field (MHz), which excites the discharge in a spectral lamp located in one housing near the absorption cell; the effect of the magnetic field of the heater itself on the working atomic gas in this cell. In the region of low temperatures -30-40 ° С, when
требуетс больша отдача тепла от спектральной лампы (дл конвективного обогрева чейки), поверхность ее быстро темнеет. Срок службы лампы уменьшаетс . Если чейка поглощени имеет рабочую температуру (например, цезиева чейка ), то при размещении ее в одном общем корпусе со спектральной лампой возможен перегрев чейки. Это ведет к уменьшению отношени сигнал/шум, а следовательно, к увеличению погрешностей в измерении магнитного пол . Целью изобретени вл етс повышение точности измерени в широком диапазоне изменени внешней температуры. Поставленна цель достигаетс тем, что в квантовом магнитометре, содерл ашем цатчик с оптической накачкой, внутри корпуса которого размещены спектральна лампа, контрольный и рабочий фотодиоды, чейка поглощени , радиочастотна катущка , окружающа чейку поглощени , фокусирующие линзы, циркул рный пол ризатор и термодатчик, устаиовленный на поверхности чейки поглощени , а также высокочастотный генератор и усилитель сигнала прецессии, корпус датчика выполнен в виде двух термостабилизированных резервуаров , разделенных теплоизол ционной перегородкой с отверстием, в которой размещены одна из линз и циркул рный пол ризатор , причем в одном из резервуаров размещены спектральна лампа и контрольный фотодиод. Кроме того, термостабилизированный резервуар , заключающий чейку поглощени , выполнен в виде теплового проводника , построенного по принципу замкнутой испарительно-конденсационной системы с нагревателем на одном из его концов. На чертеже изображена функциональна схема квантового магнитометра. Квантовый магнитометр содернсит высокочастотный генератор 1, конденсатор с обкладками 2, спектральную линзу 3, контрольный фотодиод 4, немагнитный металлический корпус 5 с отверстием 6 в нем и в теплоизол ционной перегородке 7, фиксирующие линзы 8, циркул рный иол ризатор 9, корпус 10, вынолненпый в виде теплового проводника, заключающего чейку поглощени И, радиочастотную катушку 12, усилитель 13 сигиала прецессии, рабочий фотодиод 14, термодатчик 15 и нагреватель 16. Квантовый магнитометр работает следующим образом. Высокочастотный генератор 1, выходна мощность которого поступает на обкладки 2 конденсатора, возбуждает электрической компонентой Е высокочастотный безэлектродиый разр д в спектральной лампе 3. Интенсивность свечени ее регистрируетс контрольным фотодиодом 4, св занным с генератором 1, и стабилизируетс регулированием мощности этого генератора. Дл исключенй вли ни высокочастотной bioniности генератора 1 (на практике мощность, действующа на обкладках 2 конденсатора, составл ет 1 -ьЗ Вт) на частоту прецессии атомов в чейке, корпус 5 выполнен металлическим и немагнитным и имеет характер замкнутого объема с небольшим (6н-8 мм) отверстием. 6 в нем и в теплоизол ционной перегородке 7. Корпус 5 в совокупности с теплоизол ционной перегородкой 7 представл ет один из термостабилизированных резервуаров дл спектральной лампы 3, внутри которого устанавливаетс рабоча температура (110°С), определ ема теплоотдачей баллона спектральной лампы. Отверстие 6 в теплоизол ционной перегородке 7 служит дл пропускаии света иакачки . В корпусе 5 оно мало и не пропускает возбуждающее поле высокой частоты от спектральной лампы 3. В области теплоизол ционной перегородки отверстие 6 расшир етс . В ней размещены линза 8 и циркул рный пол ризатор 9. Оии преп тствуют проникновению тепла к чейке от спектральной лампы за счет конвекции нагретого воздуха и за счет теплового контакта с другой частью корпуса 10, который представл ет из себ второй термостабилизированный резервуар, необходимый дл чейки поглощени 11. На чейку поглощени , наполненную атомами рабочего газа (цези , рубиди , кали ) иамотана радиочастотна катушка 12. Она возбуждает когерентную прецессию атомов в чейке и соедин .ена с выходом усилител 13. Вход усилител 13 соединен с рабочим фотодиодом 14, который регистрирует сигнал прецессии и замыкает цепь обратной св зи датчика квантового магнитометра, генерирующего на частоте ю. (здесь - гиромагнитиое отпощение атомов, HQ - модуль магнитного пол в области чейки поглощени 11). Рабочий фотодиод 14, размещенный в корпусе 10, также стабилизируетс по температуре . Корпус 10 выполнен в виде немагнитного теплового проводника с полостью на одном конце. В этой полости устанавливаетс (заданна термодатчиком 15) рабоча температура , определ ема чейкой поглощени (дл цезиевых чеек : 25-f-40°C; дл рубидиевых 35 50°С). Тепловой проводник, работающий по принципу замкнутой испарительно-коиденсационной системы, выполн етс в виде гибкой тепловой трубки с двойными стенками, между которыми располагаютс фитили и рабоча жидкость. Построеиный таким образом тепловой проводник имеет передачи тепла от нагретого конца, жестко св занного с нагревателем 16, к полости, в которой размещена чейка поглощени И. Соединение термодатчика 15 с нагревателем 16 замыкает цепь терморегулировани и стабилизаa large heat transfer from the spectral lamp is required (for convective heating of the cell), its surface darkens rapidly. Lamp life is reduced. If the absorption cell has an operating temperature (for example, a cesium cell), then placing it in one common housing with a spectral lamp may cause the cell to overheat. This leads to a decrease in the signal-to-noise ratio and, consequently, to an increase in errors in the measurement of the magnetic field. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy over a wide range of changes in ambient temperature. The goal is achieved by the fact that in a quantum magnetometer, there is an optical pumped laser with a spectral lamp, a control and working photodiodes, an absorption cell, a radio frequency coil, an ambient absorption cell, focusing lenses, a circular polarizer and a thermal sensor, a disposable lens inside. on the surface of the absorption cell, as well as a high-frequency generator and a precession signal amplifier, the sensor body is made in the form of two thermally stabilized tanks separated by thermal insulation translational partition with an opening into which one of the lenses and circulating molecular polarizer has, in one of the tanks has spectral lamp and photodiode control. In addition, the thermally stabilized reservoir enclosing the absorption cell is made in the form of a thermal conductor built on the principle of a closed evaporation-condensation system with a heater at one of its ends. The drawing shows a functional diagram of a quantum magnetometer. The quantum magnetometer is equipped with a high-frequency generator 1, a capacitor with plates 2, a spectral lens 3, a control photodiode 4, a nonmagnetic metal body 5 with a hole 6 in it and in a heat insulating partition 7, fixing lenses 8, a circular iolizer 9, body 10, permanently in the form of a thermal conductor enclosing an AND cell, an RF coil 12, a precession amplifier 13, a working photodiode 14, a thermal sensor 15, and a heater 16. The quantum magnetometer works as follows. The high-frequency generator 1, the output power of which is supplied to the plates 2 of the capacitor, excites an electrical component E with a high-frequency, elec- trodeless discharge in the spectral lamp 3. Its intensity is recorded by the control photodiode 4 connected to the generator 1 and stabilized by adjusting the power of this generator. To eliminate the effect of high-frequency bioni of generator 1 (in practice, the power acting on capacitor plates 2 is 1 –3 W) on the precession frequency of atoms in the cell, case 5 is made of metal and non-magnetic and has the character of a closed volume with a small (6n-8 mm) hole. 6 in it and in the heat insulating partition 7. The housing 5, together with the heat insulation partition 7, represents one of the thermally stabilized reservoirs for the spectral lamp 3, inside which the operating temperature (110 ° C) is determined, which is determined by the heat transfer from the balloon of the spectral lamp. Hole 6 in the heat insulating partition 7 serves to transmit light to the pump. In housing 5, it is small and does not transmit the high-frequency exciting field from the spectral lamp 3. In the region of the heat insulating partition, the aperture 6 expands. It contains a lens 8 and a circular polarizer 9. They prevent the penetration of heat to the cell from the spectral lamp by convection of heated air and thermal contact with another part of the housing 10, which is the second thermally stabilized reservoir required for the cell. absorption 11. The absorption cell filled with atoms of the working gas (cesium, rubidium, potassium) and the amotane radio frequency coil 12. It excites the coherent precession of atoms in the cell and is connected to the output of the amplifier 13. The input of the amplifier 1 3 is connected to a working photodiode 14, which registers a precession signal and closes the feedback circuit of the sensor of a quantum magnetometer, which generates at frequency u. (here, the gyromagnetization of atoms, HQ is the modulus of the magnetic field in the region of the absorption cell 11). The working photodiode 14 placed in the housing 10 is also stabilized by temperature. The housing 10 is made in the form of a nonmagnetic thermal conductor with a cavity at one end. In this cavity, the working temperature set by the thermal sensor 15 is determined by the absorption cell (for cesium cells: 25-f-40 ° C; for rubidium 35-50 ° C). The heat conductor operating on the principle of a closed evaporative-condensation system is made in the form of a double-wall flexible heat pipe, between which the wicks and the working fluid are located. The heat conductor thus constructed has heat transfer from the heated end, which is rigidly connected to the heater 16, to the cavity in which the absorption cell I is located. The connection of the thermal sensor 15 to the heater 16 closes the thermal control circuit and stabilizes
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU792740371A SU811186A1 (en) | 1979-03-23 | 1979-03-23 | Quntum magnetometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU792740371A SU811186A1 (en) | 1979-03-23 | 1979-03-23 | Quntum magnetometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU811186A1 true SU811186A1 (en) | 1981-03-07 |
Family
ID=20816791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU792740371A SU811186A1 (en) | 1979-03-23 | 1979-03-23 | Quntum magnetometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU811186A1 (en) |
-
1979
- 1979-03-23 SU SU792740371A patent/SU811186A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6063927B2 (en) | Magnetic field measuring device | |
US20240079843A1 (en) | Compact mode-locked laser module | |
US5670914A (en) | Miniature atomic frequency standard | |
US2975330A (en) | Electrodeless discharge method and apparatus | |
BRPI0903888A2 (en) | anatomical clock, and method of forming a precision frequency pattern | |
US8183942B2 (en) | Atomic clock operating with helium 3 | |
US9350369B2 (en) | Quantum interference device, atomic oscillator, electronic device, and moving object | |
CN114001932A (en) | Device for Measuring Linewidth of Semiconductor Laser Locked in Absorption Spectrum Using Ultrastable Cavity | |
CN108613670B (en) | Detection laser frequency stabilization device and method for atomic spin gyro | |
JP3963998B2 (en) | Atomic oscillator | |
JPS6343904B2 (en) | ||
JP3755001B2 (en) | Atomic oscillation acquisition device and atomic clock | |
SU811186A1 (en) | Quntum magnetometer | |
CN104734707B (en) | Gas chambers, quantum interference devices, atomic oscillators, electronic devices, and moving objects | |
EP0371021A1 (en) | Helium-neon lasers. | |
Wu et al. | High sensitive trap loss spectroscopic detection of the lowest vibrational levels of ultracold molecules | |
CN101615758B (en) | Double-longitudinal-mode laser composite frequency stabilization method and device based on cavity length thermal regulation | |
CN108562861B (en) | Symmetrical cesium optical pump magnetometer for magnetic gradient measurement | |
JP2001021485A (en) | Apparatus and method for measuring absolute polarization of alkali metal atom | |
SU947795A1 (en) | Magnetometer | |
Zhang et al. | Integration of the SERF Magnetometer and the Mz Magnetometer Using Micro-Fabricated Alkali Vapor Cell | |
JPS61233383A (en) | Photomagnetic resonance magnetometer | |
SU1535307A1 (en) | Double-frequency gas laser | |
JP6979683B2 (en) | Electron spin resonance measuring device, resonator and method for measuring electron spin resonance | |
CN119619936A (en) | Miniaturized closed-loop FID scalar atomic magnetometer and implementation method thereof |