устройство для определения характеристик магнитного поля

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее кольцевой газовый лазер, образованный отражателями и активным элементом, а также источник постоянного напряжения и последовательно соединенные блок постоянной памяти, вычислитель и регистратор магнитного поля, причем второй управляющий вход вычислителя соединен с выходом блока управления и синхронизации, первый выход лазера через первый фотосмеситель встречных волн правой эллиптической поляризации и первый фотоприемник разностной частоты подключен к входу первого регистратора, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока управления и синхронизации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены второй фотосмеситель встречных волн левой эллиптической поляризации, первый и второй фотосмесители однонаправленных волн ортогональных поляризаций, второй, третий и четвертый фотоприемники разностной частоты, второй, третий и четвертый регистраторы, а также внутрирезонаторный двулучепреломляющий Фарадеевский элемент, расположенный внутри подключенного к источнику постоянного тока соленоида и имеющим оптическую ось, перпендикулярную волновым векторам генерируемых волн, причем второй, третий и четвертый выходы лазера соответственно через второй фотосмеситель встречных волн левой эллиптической поляризации, первый и второй фотосмесители однонаправленных волн ортогональных поляризаций, а также второй, третий и четвертый фотоприемники разностной частоты подключены к входу второго, третьего и четвертого регистраторов, вторые управляющие входы которых связаны с выходом блока управления и синхронизации, а выходы - с третьим, четвертым и пятым входом вычислителя, шестой вход которого соединен с выходом первого регистратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения вектора напряженности магнитного поля с помощью кольцевого газового лазера.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для определения характеристик магнитного поля кольцевым газовым лазером включает активный элемент 1, двулучепреломляющий фарадеевский элемент (ДФЭ) 2, расположенный внутри соленоида 3, выходы которого подключены к источнику 4 постоянного напряжения, кольцевой оптический резонатор, образованный отражателями 5, два из которых оптически связаны с первым и вторым фотосмесителями 6 и 7 встречных волн с правой и левой эллиптическими поляризациями, а два оставшихся отражателя - с первым и вторым фотосмесителями 8 и 9 однонаправленных волн ортогональных поляризаций. Выходы фотосмесителей 6 - 9 соответственно через фотоприемники 10 - 13 разностной частоты и регистраторы 14 - 17 (частотомеры) подключены к входам вычислителя 18, первый вход которого соединен с выходом блока 19 постоянной памяти, а выход - с входом регистратора 20 магнитного поля. При этом блок 21 управления и синхронизации обеспечивает согласованную работу узлов устройства.

В качестве фотосмесителей 8 и 9 могут быть использованы, как обычно, поляризаторы. Аппаратурно вычислитель 18 и блоки 19 и 21 реализуются с помощью ЭВМ (микропроцессора).

Устройство работает следующим образом.

С включением активного элемента 1 и источника 4 постоянного напряжения в кольцевом оптическом резонаторе из-за наличия ДФЭ 2, находящегося в постоянном магнитном поле соленоида 3, формируется режим генерации двух пар встречно бегущих волн с правой и левой эллиптическими поляризациями и частотами, определяемыми соотношениями

f_п+= _п - + _асп+();

f_п-= _п + + _асп-(); (1)

f_л+= _л + + _асл+();

f_л-= _л- + _асл-(), где _п и _л - собственные частоты резонатора;

f_ф- расщепление частот встречных волн;

_асл+ и _асл- , _асп+ и _асп- - сдвиги частот, связанные с усилительными и дисперсионными свойствами активной среды, активного элемента на частотах генерации волн;

Н - напряженность магнитного поля.

Соответствующие фотосмесители с фотоприемниками разностной частоты обеспечивают одновременное получение на выходе регистраторов четырех частот биений встречных волн одинаковой по направлению поляризации _Бп , _Бл и однонаправленных волн ортогональных поляризаций _Б+ , _Б-:

_БП = f_п--f_п+= f_ф+_асп(, , , _п-, _п+, ^o_п+, ^o_п-, {a_j}) ;

_БЛ= f_л+-f_л-= f_ф+ _асл(, , , _л+, _л-, ^o_л+, ^o_л-, {a_j}) ;

_Б+= f_п+-f_л+= (_п-_л)-f_ф+_ас+(, , , _п+, _л+,)

_Б-=f_п--f_л-=(_п-_л)+f_ф+_ас-(, , , _п-, _л-, _п-, _л-{a_j}),

(2) где {a_j} - параметры лазера, в совокупность которых входят поляризационные параметры векторов поляризации волн; ₊ , _- - эллиптичности (сжатия) и ₊^o , _-^o - азимуты;

- угол нутации;

- угол процессии.

В фотосмесителях 6 и 7 встречных волн как обычно происходит смешение встречных волн одинаковой по направлению поляризации, в результате чего на выходах первого и второго регистраторов 14 и 15 (частотомеров) формируются сигналы частот биений _Бп и _Бл . В то же время две пары однонаправленных волн с частотами f_л+, f_п+ и f_п-, f_л-выходят через отражатели 5 из резонатора и смешиваются в первом и втором фотосмесителях 8 и 9 однонаправленных волн ортогональных поляризаций (поляризаторах). В результате смешения на выходах третьего и четвертого регистраторов 16 и 17 (частотомеров) образуются сигналы частот биений _Б+ и _Б-.

Измеренные значения частот биений _Бп , _Бл , _Б+ и _Б- подаются в вычислитель 18, куда из блока постоянной памяти заводятся также известные значения параметров лазера {a_j}, в том числе поляризационные параметры волн _п+ , _п- , _л+ , _л- , _п+^o , _п-^o , _л+^o , _л-^o и частоты _п , _л , f_ф.

На основе найденных значений частот биений и известных параметров лазера в вычислителе 18 производится решение известной системы алгебраических уравнений (2) относительно , и . Полученные значения , и полностью определяют вектор напряженности магнитного поля, фиксируемый в регистраторе магнитного поля 20. При этом блок 21 управления и синхронизации обеспечивает согласованную работу узлов устройства, в частности совпадение интервалов измерения регистраторов (частотомеров ) 14-17.