JP6134092B2 - 磁場計測装置 - Google Patents
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Description
これらの磁場計測装置の感度を向上させる研究が行われている。特許文献1には、検出信号強度を増大させることによって、より高感度な磁場検出を可能にする光ポンピング磁力計が開示されている。
好ましくは、上述した態様において、前記外乱磁場の方向に垂直な方向は測定すべき磁場の方向であるとよい。
また、本発明に係る磁場計測装置は、両端に開口部を有する筒状に形成された磁気シールドと、内部に気体原子が封入され、前記磁気シールドの中空の領域に配置されるガスセルと、電場の振動方向が前記磁気シールドの軸の方向に合うように調整された直線偏光を含む照射光を、前記ガスセルに封入された気体原子に対して、当該磁気シールドの軸に垂直な方向に沿って照射する照射手段と、前記照射手段により照射され、前記気体原子を透過した照射光の偏光面の回転角度を計測する計測手段と、を具備することを特徴とする。
この構成によれば、計測すべき磁場方向以外の方向に存在する外乱の磁場の影響を抑制して磁場を計測することができる。
この構成によれば、光ファイバーによって照射光をガスセルに導かない場合に比較して、照射手段の大きさや配置についての制約を減らすことができる。
好ましくは、上述した態様において、前記外乱磁場の方向に垂直な方向は測定すべき磁場の方向であるとよい。
また、本発明に係る磁場計測装置は、両端に開口部を有する筒状に形成された磁気シールドと、内部に気体原子が封入され、前記磁気シールドの中空の領域に配置されるガスセルと、円偏光成分を含むポンプ光を、前記ガスセルに封入された気体原子に対して、前記磁気シールドの軸に平行な方向に沿って照射するポンプ光照射手段と、直線偏光を含むプローブ光を、前記ガスセルに封入された気体原子に対して、前記磁気シールドの軸に垂直な方向に沿って照射するプローブ光照射手段と、前記プローブ光照射手段により照射され、前記気体原子を透過したプローブ光の偏光面の回転角度を計測する計測手段と、を具備することを特徴とする。
この構成によれば、計測すべき磁場方向以外の方向に存在する外乱の磁場の影響を抑制して磁場を計測することができる。
この構成によれば、光ファイバーによってポンプ光およびプローブ光をガスセルに導かない場合に比較して、ポンプ光照射手段およびプローブ光照射手段の大きさや配置についての制約を減らすことができる。
また、好ましくは、上述した態様において、前記気体原子はアルカリ金属原子であるとよい。
1−1.構成
図1は、本発明の第1実施形態に係る磁場計測装置9の全体構成を示す図である。磁場計測装置9は、ポンプ光の照射をプローブ光の照射によって兼ねる、いわゆるワンビーム方式の計測装置である。照射部1は、光源11と変換部12とを備える。光源11は、後述するガスセル2に封入された原子の超微細構造準位の遷移に対応した周波数のレーザーを発生させるレーザー発生装置である。変換部は偏光板などを備え、光源11が発生させたレーザーを所定方向の直線偏光成分を有する照射光に変換する。光源11により発生し変換部12により変換された照射光は、例えば光ファイバーなどにより導かれてガスセル2に照射される。なお、例えば照射部1を後述する磁気シールド7の内側に配置することによって、上述の照射光は、光ファイバーなどを介さずに直接、照射手段などから照射されてもよいが、光ファイバーなどにより照射光を導くことにより、照射部1の大きさや配置などの制約が少なくなる。
この磁場計測装置9は、変換部12によって変換された照射光に含まれる直線偏光の電場の振動方向が、磁気シールド7の軸の方向に合うように構成されている点に特徴を有する。
図3は、いわゆるワンビーム方式の計測装置により磁場を計測する原理を説明するための図である。ワンビーム方式の計測装置において、ガスセルに封入された気体原子に直線偏光が照射されると、気体原子が光ポンピングされ、エネルギーが変化した際に生じる磁気モーメントの確率分布は、球形の原点対称な分布から変化する。例えば、超微細構造準位F→F´=F−1のエネルギー遷移のときにおいて、気体原子の磁気モーメントの確率分布はその直線偏光の振動の向きに沿って伸びる領域R1に応じた形状となる。この確率分布をアライメントという。すなわち、図3(a)に示すように、例えば電場の振動方向が+y方向に平行な矢印D0方向に沿っている直線偏光を、+x方向に向けて照射すると、この直線偏光が透過する気体原子には、y軸方向に沿った領域R1に分布するアライメントが生じる。気体原子を透過すると、線形二色性により直線偏光の偏光面は回転する。図3(b)には、−x方向に直線偏光の電場の振動方向を見たときの偏光面の回転角度αが示されている。この回転角度αが、+x方向の磁場の強さと相関があるため、この回転角度αを計測することにより、ガスセル2の内部におけるx軸方向の磁場の強さが求まる。なお、ワンビーム方式において、測定する磁場の方向DMは、光を照射する方向(図3では+x方向)となる。
2−1.構成
図6は、本発明の第2実施形態に係る磁場計測装置9Aの全体構成を示す図である。磁場計測装置9Aは、ポンプ光の照射装置とプローブ光の照射装置とを分離した、いわゆるツービーム方式の計測装置である。磁場計測装置9Aは、照射部1に代えてプローブ光照射部1Aを具備している点と、ポンプ光照射部8を具備している点が、第1実施形態の磁場計測装置9と異なり、他の構成は共通している。なお、図6に表された磁気シールド7は、プローブ光照射部1A、ガスセル2、ポンプ光照射部8、および偏光分離器3に対する配置を示すものではない。
以下、磁場計測装置9Aについて、主に磁場計測装置9と異なる点を説明する。
図7は、いわゆるツービーム方式の計測装置により磁場を計測する原理を説明するための図である。ツービーム方式の計測装置において、ガスセルに封入された気体原子にポンプ光が照射されると、気体原子が光ポンピングされ、エネルギーが変化した際に生じる磁気モーメントの確率分布は、そのポンプ光の入射方向に沿って伸びる領域R2に応じた形状となる。この確率分布をオリエンテーションという。そして、オリエンテーションが形成されることにより生じる磁化の向きを表すベクトル(以下、磁化ベクトルMという)は、オリエンテーションの向きとなる。この場合、ポンプ光の照射方向が磁化ベクトルMの方向となる。
[現象b]オリエンテーションを光ポンピング前の球状の原点対称に緩和させる現象。
これにより磁化ベクトルMは、xy平面上において渦巻き状の軌跡を描く。図8は、磁化ベクトルMの軌跡を説明する図である。例えば、図7に示した構成において、磁化ベクトルMは、矢印DM方向(−z方向)に見たxy平面上において図8(a)に示す軌跡TMを描く。そして、上述したプローブ光の偏光面は、ファラデー効果によりオリエンテーションを透過して回転する。したがって、この偏光面の回転角度を計測することにより、ガスセル2の内部における矢印DM方向(−z方向)の磁束密度が求まる。
なお、磁化の期待値<MX>と磁束密度Bとの関係式は以下のようになる。
Claims (5)
- 軸方向の両端に開口部を有する筒状に形成された磁気シールドと、
内部に気体原子が封入され、前記磁気シールドの中空の領域に配置されたガスセルと、
電場の振動方向が前記磁気シールドの軸方向に合うように調整された直線偏光を含む照射光を、前記気体原子に対して、当該磁気シールドの軸方向に垂直な方向に沿って照射する照射手段と、
前記照射手段により照射され、前記気体原子を透過した照射光の偏光面の回転角度を計測する計測手段と、
を具備することを特徴とする磁場計測装置。 - 前記照射手段は、前記照射光を光ファイバーによってガスセルに導く
ことを特徴とする請求項1に記載の磁場計測装置。 - 軸方向の両端に開口部を有する筒状に形成された磁気シールドと、
内部に気体原子が封入され、前記磁気シールドの中空の領域に配置されるガスセルと、
円偏光成分を含むポンプ光を、前記気体原子に対して、前記磁気シールドの軸方向に平行な方向に沿って照射するポンプ光照射手段と、
直線偏光を含むプローブ光を、前記気体原子に対して、前記磁気シールドの軸方向に垂直な方向に沿って照射するプローブ光照射手段と、
前記プローブ光照射手段により照射され、前記気体原子を透過したプローブ光の偏光面の回転角度を計測する計測手段と、
を具備することを特徴とする磁場計測装置。 - 前記ポンプ光照射手段は、前記ポンプ光を光ファイバーによってガスセルに導き、
前記プローブ光照射手段は、前記プローブ光を光ファイバーによってガスセルに導く
ことを特徴とする請求項3に記載の磁場計測装置。 - 前記気体原子はアルカリ金属原子であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の磁場計測装置。
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CN104698410B (zh) * | 2015-03-02 | 2019-03-01 | 北京大学 | 用于磁力仪的原子磁传感器及消除磁力仪探测盲区的方法 |
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CN106093808B (zh) * | 2016-06-27 | 2018-11-09 | 北京航空航天大学 | 一种基于电光调制的原子自旋进动检测方法及装置 |
CN106017689B (zh) * | 2016-07-11 | 2017-11-24 | 北京航空航天大学 | 一种基于声光调制的原子自旋进动差分偏振检测装置 |
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CN113030800B (zh) * | 2021-03-09 | 2024-05-10 | 哈尔滨工程大学 | 利用射频磁场激发磁矩进动测量矢量磁场的***及方法 |
Family Cites Families (30)
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US5189368A (en) * | 1976-09-24 | 1993-02-23 | Lockheed Sanders, Inc. | Magnetometer |
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FR2713347B1 (fr) * | 1993-12-01 | 1995-12-29 | Commissariat Energie Atomique | Magnétomètre à polarisation lumineuse et à champ de radiofréquence couplés. |
JP4223769B2 (ja) * | 2002-08-30 | 2009-02-12 | 富士通株式会社 | 測定装置 |
US7038450B2 (en) * | 2002-10-16 | 2006-05-02 | Trustees Of Princeton University | High sensitivity atomic magnetometer and methods for using same |
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US7282910B1 (en) * | 2006-04-19 | 2007-10-16 | Northrop Grumman Corporation | Nuclear magnetic resonance gyroscope |
US7521928B2 (en) * | 2006-11-07 | 2009-04-21 | Trustees Of Princeton University | Subfemtotesla radio-frequency atomic magnetometer for nuclear quadrupole resonance detection |
US7667462B2 (en) * | 2006-12-22 | 2010-02-23 | Schlumberger Technology Corporation | Nuclear magnetic resonance module |
WO2009073256A2 (en) * | 2007-09-05 | 2009-06-11 | The Regents Of The Universtiy Of California | Optical atomic magnetometer |
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WO2009079054A2 (en) * | 2007-09-21 | 2009-06-25 | The Regents Of The University Of California | Radio frequency atomic magnetometer |
FR2924827B1 (fr) * | 2007-12-11 | 2010-02-19 | Commissariat Energie Atomique | Horloge atomique reglee par un champ statique et deux champs oscillants |
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US7936169B2 (en) * | 2008-07-14 | 2011-05-03 | Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. | Polarization analyzer orientation with nuclear magnetic resonance gyroscope |
US7826065B1 (en) * | 2008-07-15 | 2010-11-02 | Sandia Corporation | Tuned optical cavity magnetometer |
JP5707021B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2015-04-22 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 磁場計測装置 |
US8305078B2 (en) * | 2008-10-09 | 2012-11-06 | Los Alamos National Security, Llc | Method of performing MRI with an atomic magnetometer |
JP5365367B2 (ja) * | 2009-06-24 | 2013-12-11 | セイコーエプソン株式会社 | 磁気センサー |
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JP5223794B2 (ja) * | 2009-06-26 | 2013-06-26 | セイコーエプソン株式会社 | 磁気センサー |
US8159220B2 (en) * | 2009-08-03 | 2012-04-17 | Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. | Nuclear magnetic resonance gyroscope mechanization |
US8334690B2 (en) * | 2009-08-07 | 2012-12-18 | The United States of America as represented by the Secretary of Commerce, the National Institute of Standards and Technology | Atomic magnetometer and method of sensing magnetic fields |
JP5446731B2 (ja) * | 2009-10-29 | 2014-03-19 | セイコーエプソン株式会社 | 磁場測定装置 |
US8600691B2 (en) * | 2011-01-21 | 2013-12-03 | Northrop Grumman Guidance and Electronics, Inc. | Gyroscope system magnetic field error compensation |
JP5821439B2 (ja) * | 2011-02-16 | 2015-11-24 | セイコーエプソン株式会社 | ガスセルの製造方法 |
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