Создан квантовый магнитометр с лазерной накачкой

Закончен выпуск опытной партии энергоэффективных квантовых магнитометров с лазерной накачкой для обнаружения металлических предметов и твёрдых полезных ископаемых. Прибор, предназначенный для использования в археологических раскопках и геологической разведке, обладает высокой чувствительностью, уменьшенной массой, низким энергопотреблением. Его использование позволяет увеличить эффективность и, как следствие, снизить себестоимость соответствующих поисковых работ. Разработка прибора осуществлялась учёными ФИАНа в кооперации с сотрудниками ИЗМИРАН и ФТИ им. А.Ф.Иоффе.

Квантовые магнитометры с оптической накачкой появились около 50 лет назад и в течение длительного времени их конструкция принципиально не менялась. Однако, с развитием полупроводниковых технологий, в последние годы появилась возможность заменить источник излучения в приборах такого типа (газоразрядная лампа) на лазер с вертикальным резонатором. При этом речь идет о замене узла, потребляющего около 80 % всей энергии (~10 Вт), необходимой для функционирования прибора на элемент, для работы которого потребно всего 0,2 Вт. Столь существенная разница обусловлена различием в коэффициентах полезного действия данных элементов.

Квантовый магнитометр представляет собой радиочастотный генератор, состоящий из усилителя и резонансного фильтра с фазовращателем в цепи положительной обратной связи. Частота резонансного фильтра однозначно определяется магнитным полем, в котором находится датчик магнитометра. При правильной задержке фазы в цепи обратной связи генератор возбуждается на частоте, определяемой магнитным полем. В пульте магнитометра частота генерации измеряется и преобразуется в значение модуля индукции магнитного поля. Значение поля вместе с координатами и временем измерения регистрируется на экране пульта и записывается в памяти.

Ключевая особенность прибора, созданного в ФИАН, – сниженное в разы энергопотребление, но также отказ от газоразрядной лампы в пользу современного полупроводникового лазера позволил использовать легковесные Li-ion аккумуляторы вместо традиционных свинцовых. Данный факт должен быть положительно воспринят в первую очередь операторами подобных приборов, поскольку им приходится в течение рабочего дня носить на себе один – два комплекта источников питания, а это – дополнительные несколько килограммов нагрузки. В тоже время продолжительность работы прибора при использовании легковесных Li-ion аккумуляторов при проведении магнитной съемки составляет 10-12 часов.

«На основе технологий, разработанных в процессе создания квантового магнитометра, возможно создание магнитометров и для других приложений, в том числе магнитокардиографии, аэромагнитометрии, а также морской магнитометрии», - говорит ведущий научный сотрудник Лаборатории стандартов частоты ФИАН, к.ф-м.н. Владимир Величанский.

Источник: strf.ru