Приборы для измерения индукции и напряженности, основанные на оптической ориентации атомов

Ориентация магнитных моментов производится путем облучения светом определенной длины волны. Используются Рубидий, Цезий и Гелий. Облучение в соответствии с законом квантовой механики происходит к «перекачиванию» атомов, т.е. переходом через более высокие энергетические уровни на уровни с определенным энергетическим состоянием, при этом происходит ориентация магнитных моментов. По этому этот метод получил название «метод оптического перекачивания» или «метод оптической накачки».

Измерение индукции методом оптической накачки сходно с измерением индукции ядерно-магнитного резонанса и методом электронного парамагнитного резонанса.

Преимущество метода заключается в измерении слабых магнитных полей (до 0,05 А/м) и линейности преобразования.

Нижний порог измеряемых полей ограничивается шириной резонансной линии, которая для щелочных материалов (Рубидий и Цезий) равна 0,004 А/м, а для Гелия 0,05 А/м.

Рисунок 1

Упрощенная схема прибора изображена на рис.1. Лампа Л зажигается безэлектродным ВЧ разрядом (50-100 МГц) от генератора Г₁. Свет проходит фильтр Ф, который выделяет световую волну λ =7949 Å, проходит через поляроид П и пластину λ/4. Поляризованный свет попадает в камеру поглощения К, которая наполнена парами изотопов Rb⁸⁷, а также инертным газом, который способствует сужению линии спектра. Камера подогревается до 50-70 ºС. Камера расположена перпендикулярно направлению вектора напряженности H. Луч света после К попадает на фотоприемное устройство ФП, фототок усиливается усилителем У и регистрируется измерительным прибором ИП. Т. к. в результате воздействия света на атомы происходит переориентация магнитных моментов, при этом происходит поглощение световой энергии и только часть потока попадает на ФП. Через некоторое время (время релаксации) все атомы будут ориентированы в направлении H и интенсивность потока на ФП восстановится до максимального значения.

Для возобновления прецессии от генератора Г₂ подается ток в катушку камеры К, которая ориентирует магнитные моменты по оси, перпендикулярных Н. Если частота Г₂ равна частоте прецессии, то происходит поглощение световой энергии камерой К, т.е. свет на ФП снова уменьшается. Для фиксации момента резонанса применяют чаще всего модуляцию частоты генератора Г₂ низкой частотой (~50 Гц) и частотомером Ч измеряют частоту в момент времени t₁.

Рисунок 2

Частота прецессии связана с напряженностью соотношением:

.

Частота Г₂ в магнитном поле Земли в среднем равна 300 кГц, ширина линии поглощения составляет 50 Гц.

Погрешность составляет около 0,001%, следовательно можно измерить вариацию (изменение) магнитного поля Земли.

В последнее время стали применять газообразный гелий, который обладает меньшим порогом чувствительности (10^-5 А/м), более простые, не требуют подогрева.

Напряженность связана с частотой прецессии H=2,84∙10^-5∙f. Зависимость линейная, что является преимуществом.

Дата добавления: 2015-10-28