350 руб
Журнал «Успехи современной радиоэлектроники» №12 за 2013 г.
Статья в номере:
Цезиевый магнитометр с лазерной накачкой
Ключевые слова: магнитометр цезий диодный лазер с внешним резонатором лазер излучающий с поверхности с вертикальным резонатором оптическая накачка сверхтонкая структура шумы
Авторы:
В.Л. Величанский - к.ф.-м.н., Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН. E-mail: vlvlab@yandex.ru А.Н. Козлов - д.ф.-м.н., ИЗМИ РАН. E-mail: kozlov@izmiran.ru Е.В. Живун - аспирант, Physics Departmentat UC Berkeley. E-mail: lena.zhivun@berkeley.edu С.А. Зибров - к.ф.-м.н., Федеральное государственное бюджетное учреждение науки. E-mail: szibrov@yandex.ru В.В. Шутов - аспирант, ООО «Энергоцентр». E-mail: Vitalyshutov@gmail.com В.В. Васильев - науч. сотрудник, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН. E-mail: vvv@okb.lpi.troitsk.ru А.К. Вершовский - д.ф.-м.н., физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН (Санкт-Петербург). E-mail: vershovski@gmail.com А.С. Пазгалёв - к.ф.-м.н., Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН E-mail: pazgalev@ya.ru
Аннотация:
Исследована возможность создания квантового цезиевого Мх самогенерирующего магнитометра с лазерной накачкой. Показано, что замена резонансной газоразрядной лампы на диодный лазер позволяет значительно уменьшить энергопотребление источника оптической накачки. В земном поле проведено исследование характеристик цезиевого спинового генератора при возбуждении на различных сверхтонких компонентах резонансных D1- и D2-линий цезия для различных типов ячеек, различных лазеров и поляризации их излучения. Представлены характеристики макета лазерного магнитометра, разработанного на основе проведенных исследований.
Страницы: 43-59
Список источников

  1. Alexandrov E.B., Bonch-Bruevich V.A. Optically pumped atomic magnetometers after three decades // Optical Engineering. 1992. V. 31(4). P. 711-717.
  2. Budker В. and Romalis M. Optical magnetometry // Nature Physics. 2007. V. 3(4). P. 227-234.
  3. Александров Е.Б. Прогресс в квантовой магнитометрии для геомагнитных исследований // Успехи физических наук. 2010. Т. 180(5). С. 509-519.
  4. Померанцев Н.М., Рыжков В.М., Скроцкий Г.В.Физические основы квантовой магнитометрии. М.: Наука. 1972.
  5. Budker D., Jackson Kimball D.F. (Eds.). Optical Magnetometry. Cambridge: Cambridge University Press. 2013.
  6. Savukov I., Seltzer S.J. Spin-exchange-relaxation-free (SERF) magnetometers. P. 85-103 в [5].
  7. Jackson Kimball D.F., Pustelny S., Yashchuk V.V., Budker D. Optical magnetometry with modulated light. P. 104-124 в [5].
  8. Jackson Kimball D.F., Lamoreaux S.K., Chupp T.E.Tests of fundamental physics with optical magnetometers // P. 339-368 в [5].
  9. Бокерия О.Л., Кислицина О.Н., Темирбулатова А.Ш. Возможности магнитоэлектрокардиографии в диагностике ишемической болезни сердца и нарушений ритма // Аналы аритмологии. 2009. № 2. С. 45-63.
  10. Wyllie R., Kauer M., Wakai R.T., Walker T.G. Optical magnetometer array for fetal magnetocardiography // Opt. Letters. 2012. V. 37(12). P. 2247-2249.
  11. Tkach R.W., Chraplyvy A.R. Regimes of Feedback Effects in 1.5-μm Distributed Feedback Laser // Journal of Lightwave Technology. V. 4(11). P. 1655-1661.
  12. Каргапольцев С.В., Величанский В.Л., Васильев В.В., Кобякова М.Ш., А.В. Морозюк А.В., Ширяева Н.В., Коняев В.П.Низкопороговый диодный лазер с коротким резонатором для миниатюрных атомных часов // Квантовая электроника. Т. 39(6). С. 487-493.
  13. Michalzik R. VCSEL Fundamentals / VCSELs. Fundamentals, Technology and Applications of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers / Michalzik R. (Ed.) //Springer Series in Optical Sciences. 2013. V. 166.
  14. Bison G., Wynands R., Weis A. A laser-pumped magnetometer for themapping of human cardiomagnetic fields // Appl. Phys. B. 2003. V. 76(3). P. 325-328.
  15. Александров Е.Б., БалабасM.B., Вершовский A.K., Иванов А.Е., Якобсон Н.Н., Величанский В.Л., Сенков Н.В. Лазерная накачка в схеме Мх-магнитометра // Оптическая спектроскопия. 1995. Т. 78. С. 325-332.
  16. Vassiliev V.V., Zibrov S.A., Velichansky V.L. Compact extended-cavity diode laser for atomic spectroscopy and metrology // Review of Scientific Instruments. 2006. V. 77(1). P. 013102-013102-4.
  17. Бахерт Х.-Ю., Богатов А.П., Гуров Ю.В., Елисеев П.Г., Охотников О.Г., Пак Г.Т., Рахвальский М.П., Хайретдинов К.А. Радиочастотные спектры биений мод и пульсации интенсивности инжекционного лазера с внешним дисперсионным резонатором // Квантовая электроника. 1981 Т. 8(9). С. 1957-1961.
  18. Вершовский А.К. Новые квантовые радиооптические системы и методы измерения слабых магнитных полей: Дис. ? д-ра физ.-мат. наук. СПб. 2007.
  19. McGregor D.D. High-sensitivity helium resonance magnetometers // Rev. Sci. Instrum. V. 58(6). P. 1067-1076.
  20. Slocum R.E., McGregor D.D., Brown A.W. Helium magnetometers. P. 190-204 в [5].
  21. Alexandrov E.B., Vershovskiy A.K.Mx and Mz magnetometers. P. 60-84 в[5]
  22. Dehmelt H.G. Modulation of a light beam by precessing absorbing atoms // Phys. Rev. 1957. V. 105. P. 1924-1925.
  23. Будкер Д., Кимбелл Д., Де Милль Д. Атомная физика: освоение через задачи. М: Физматлит. 2009.
  24. Groeger S., Pazgalev A.S., Weis A. Comparison of discharge lamp and laser pumped cesium magnetometers // Appl. Phys. B. 2005. V. 80(6). P. 645-654.
  25. Balabas M.V., Pasgalev A.S., Vershovskii A.K., Yakobson N.N. Double-resonance atomic magnetometers: from gas discharge to laser pumping // Laser Physics. 1996.V.6(2). P. 244-251.
  26. Slocum R.E.,Schearer L.D.,Tin P.,Marquedant R.Nd: LNA laser optical pumping of He-4 - Application to space magnetometers // Journal of Applied Physics. 1988. V. 64(12). P. 6615-6617.
  27. Steck D.A. Cesium D Line Data. Version 2.1.4 [Электронныйресурс]: Oregon Center for Optics and Department of Physics, University of Oregon. 2010. URL: http://steck.us/alkalidata/cesiumnumbers.pdf (датаобращения: 01.11.2013)
  28. Corwin K.L., Lu Z.-T., Hand C.F., Epstein R.J., Wieman C.E.Frequency-stabilized diode laser with the zeeman shift in an atomic vapor // Optical Society of America. 1998. V. 37(15). P. 3295-3298.
  29. Yabuzaki T., Ogawa T. Spectral Profile of rf Modulated Light Beam in Optical Pumping Experiment with Cesium Vapor // Skaliński T. (ed.). Optical Pumping and Atomic Line Shape: Proceedings of the International Conference OPaLS , Warszawa, 25-28 June 1968 / Warszawa: WydawnictwoNaukowe PWN. 1969.
  30. Di Domenico G., Bison G., Groeger S., Knowles P., Pazgalev A. S., Rebetez M., Saudan H., Weis A. Experimental study of laser detected magnetic resonance based on atomic alignment // Phys. Rev. A. 2006. V. 74(6). P. 063415-063415-8.
  31. Weis A., Bison G., Pazgalev A.S.Theory of double resonance magnetometers based on atomic alignment // Phys. Rev. A. 2006. V. 74(3). P. 033401-033401-8.