DE102010020863A1 - Arrangement for noise reduction in optical magnetometer, has photodetector staying in connection with frequency generator, where output signal is supplied to photodetector, and alkali vapor cell subjected to magnetic alternating field - Google Patents

Arrangement for noise reduction in optical magnetometer, has photodetector staying in connection with frequency generator, where output signal is supplied to photodetector, and alkali vapor cell subjected to magnetic alternating field Download PDF

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Abstract

The arrangement has an alkali vapor cell (3) attached to a branch parallel to an optical magnetometer (M1). The alkali vapor cell is exposed to magnetic field deviating from magnetic field detected by another alkali vapor cell (2a). Reinforcement signals of photodetectors (3a, 4a) are supplied directly to an electronic differentiator (5). An output signal is supplied to a third photodetector (6a), which stays in connection with a frequency generator (7a). The latter alkali vapor cell is subjected to defined adjustable magnetic alternating field (B1 power 1).

Description

Bei optischen Magnetometern wird der Dampf von Alkaliatomen mit polarisiertem Licht optisch gepumpt, so dass die Spins der Valenzelektronen ausgerichtet werden. Ein äußeres Magnetfeld B0 bewirkt eine Präzession der Spins um die Magnetfeldrichtung mit der Larmor-Frequenz fL bzw. eine Aufspaltung der Energieniveaus des Elektrons in Zeeman-Niveaus. Durch ein zusätzliches Wechselfeld B1, dessen Frequenz an die Larmor-Frequenz bzw. die Energiedifferenz der Zeeman-Niveaus angepasst wird, kann das zu messende Magnetfeld B0 bestimmt werden, da Larmor-Frequenz fL und Magnetfeld B0 über den gyromagnetischen Faktor γ, eine Materialkonstante, durch fL = γ·B0 miteinander verknüpft sind. Um die Präzessionsfrequenz zu messen, wird der Photostrom eines Photoempfängers ausgewertet, auf den das Pumplicht nach Durchtritt durch den Alkalidampf, nun teilweise moduliert mit der Präzessionsfrequenz, auftrifft.In optical magnetometers, the vapor of alkali atoms is optically pumped with polarized light so that the spins of the valence electrons are aligned. An external magnetic field B 0 causes a precession of the spins about the magnetic field direction with the Larmor frequency f L or a splitting of the energy levels of the electron in Zeeman levels. By an additional alternating field B 1 , the frequency of which is adapted to the Larmor frequency or the energy difference of the Zeeman levels, the magnetic field B 0 to be measured can be determined, since Larmor frequency f L and magnetic field B 0 via the gyromagnetic factor γ , a material constant, are linked by f L = γ · B 0 . To measure the precession frequency, the photocurrent of a photoreceiver is evaluated on which the pumping light hits after passing through the alkali vapor, now partially modulated with the precession frequency.

Dem Messsignal ist eine Reihe von Rauschbeiträgen überlagert, welche die mögliche Magnetfeldauflösung des optischen Magnetometers einschränken.the Measuring signal is superimposed on a number of noise contributions, which the possible magnetic field resolution of the optical Restrict magnetometer.

Die ultimative Rauschbegrenzung der Magnetfeldmessung ist durch das Schrotrauschen des Photoempfängers gegeben, das der Anzahl der auftreffenden Photonen, also dem Photostrom proportional ist. Diese schrotrauschbegrenzte Auflösung wird oft als die intrinsische Auflösung des optischen Magnetometers bezeichnet und stellt den theoretischen oder unter idealen Messbedingungen erreichbaren Wert dar. Im praktischen Einsatz wird die Magnetfeldauflösung aber durch zusätzliche Rauschquellen verschlechtert.The Ultimate noise limitation of magnetic field measurement is due to the Shot noise of the photoreceptor given that of the number the incident photons, so the photocurrent is proportional. This shot noise limited resolution is often called the termed intrinsic resolution of the optical magnetometer and represents the theoretical or under ideal measuring conditions achievable value. In practical use, the magnetic field resolution but worsened by additional noise sources.

Zwei Quellen tragen im praktischen Einsatz wesentlich zum Rauschen bei. Dies sind das Rauschen der Pumplichtquelle (einer Gasentladungslampe oder heutzutage meist eines auf die Pumpwellenlänge abzustimmenden Lasers) und das Rauschen des Magnetfeldes. Die beiden Quellen tragen auf verschiedene Weise ihr Rauschen in das Messsignal ein. Das Magnetfeld und damit auch dessen Rauschen wird mit der Lamorfrequenz gemischt und findet sich um diese Frequenz wieder. Die Pumplichtquelle trägt ihr Rauschen zusätzlich in diesen Frequenzbereich ein. Dies führt zu einer merklichen Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses gegenüber dem idealen, allein schrotrauschbegrenzten Wert im Bereich der Lamorfrequenz. Nach einer Demodulierung der Signale finden sich beide Rauschbeiträge im Frequenzbereich der zu messenden Magnetfelder wieder. Vorstehende Probleme sind ausführlich untersucht und erläutert in den Arbeiten S. Groeger, A. S. Pazgalev, A. Weis, Appl. Phys. B 80, 645–654, 2005 und S. Groeger, G. Bison, J. -L. Schenker, R. Wynands, A. Weis, Eur. Phys. J. D 38, 239–247, 2006 .Two sources contribute significantly to the noise in practical use. These are the noise of the pumping light source (a gas discharge lamp or nowadays usually a laser tuned to the pump wavelength) and the noise of the magnetic field. The two sources introduce their noise into the measurement signal in various ways. The magnetic field and thus also its noise is mixed with the Lamor frequency and finds itself around this frequency again. The pump light source additionally introduces its noise into this frequency range. This leads to a noticeable deterioration of the signal-to-noise ratio compared to the ideal, purely shot-noise-limited value in the region of the Lamor frequency. After a demodulation of the signals, both noise contributions are found in the frequency range of the magnetic fields to be measured. The above problems are extensively studied and explained in the works S. Groeger, AS Pazgalev, A. Weis, Appl. Phys. B 80, 645-654, 2005 and Groeger, G. Bison, J.-L. Schenker, R. Wynands, A. Weis, Eur. Phys. J. D 38, 239-247, 2006 ,

In allen bekannten Realisierungen optischer Magnetometer ist die im praktischen Einsatz erreichte rauschbegrenzte Magnetfeldauflösung deutlich schlechter als der intrinsische, schrotrauschbegrenzte Wert. Dies wird durch Rauschen der Lichtquelle und des Magnetfeldes hervorgerufen.In In all known realizations of optical magnetometers is the in Practical application achieved noise-limited magnetic field resolution significantly worse than the intrinsic, schrotrauschbegrenzte Value. This is due to noise of the light source and the magnetic field caused.

Der Einfluss des Pumplichtrauschens ist prinzipiell eliminierbar, erfordert aber dafür einen großen Aufwand bei der Stabilisierung der Lichtquelle, den man gern vermeiden möchte. Das Magnetfeld enthält immer Fluktuationen, die über die Frequenzmischung an der Larmorfrequenz dem Messsignal überlagert sind. Dies gilt sowohl für das natürliche Erdfeld als auch künstlich erzeugte Magnetfelder mittels Spulensystemen. Entsprechend E. B. Alexandrov, M. V. Balabas, A. K. Vershovski, A. S. Pazgalev, Technical Physics 49, 779–783, 2004 konnte nur unter magnetisch extrem ruhigen Messbedingungen einmal die tatsächliche Auflösung optischer Magnetometer bis auf einen, allerdings immer noch um den Faktor 10 schlechteren Wert als die intrinsische Auflösung gebracht werden.The influence of the pump light noise can be eliminated in principle, but requires a great effort in stabilizing the light source, which one would like to avoid. The magnetic field always contains fluctuations which are superimposed on the measurement signal via the frequency mixing at the Larmor frequency. This applies both to the natural earth field and artificially generated magnetic fields by means of coil systems. Corresponding EB Alexandrov, MV Balabas, AK Vershovski, AS Pazgalev, Technical Physics 49, 779-783, 2004 Only under magnetically extremely quiet measuring conditions could the actual resolution of optical magnetometers be brought to one, but still ten times worse than the intrinsic resolution.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluss des Rauschens der Pumplichtquelle und, bei entsprechendem Schaltungsaufbau, des Magnetfelds auf die rauschbegrenzte Magnetfeldauflösung von optischen Magnetometern zu verringern und dem intrinsischen, schrotrauschbegrenzten Wert anzunähern.Of the Invention is based on the object, the influence of noise the pump light source and, with appropriate circuitry, the magnetic field on the noise-limited magnetic field resolution of optical Magnetometers and the intrinsic, schrotrauschbegrenzten Approximate value.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte und weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.The The object of the invention is characterized by the characterizing features of Claim 1 solved. Advantageous and further embodiments are the subject of the subordinate claims.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei Verwendung eines an sich bekannten optischen Magnetometers, mit den an sich dort üblichen Baugruppen, die Anordnung erfindungsgemäß dahingehend verändert ausgeführt ist, dass von der gleichen Lichtquelle, neben der üblichen Alkalidampfzelle eines Magnetometers, eine zweite Alkalidampfzelle mit Licht beaufschlagt wird, die einem dem Magnetometer parallelen Zweig zugeordnet ist, wobei diese zweite Alkalidampfzelle einem von die ersten Alkalidampfzelle des Magnetometers erfassenden Magnetfeld abweichendem Magnetfeld ausgesetzt ist, und welcher ebenfalls ein Photodetektor nachgeordnet ist und die verstärkten Signale des ersten Photodetektors und des zweiten Photodetektors unmittelbar anschließend einem elektronischen Differenzbildner zugeführt werden und erst danach dessen Ausgangssignal auf den diesem Magnetometer zugeordneten Phasendetektor zugeführt wird, der mit einem Frequenzgenerator in Verbindung steht, welcher die Alkalidampfzelle des Magnetometers mit einem definiert einstellbaren magnetischen Wechselfeld beaufschlagt. In einer speziellen Ausführung der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, den als Referenzweg dienenden zweiten Zweig der Anordnung, unter ansonsten gleicher vorstehend beschriebener Anordnung, ebenfalls als Magnetometer zu gestalten, was in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben wird.The essence of the invention is that when using a known optical magnetometer, with the usual per se assemblies there, the arrangement according to the invention changed to the effect that of the same light source, in addition to the usual alkali vapor cell of a magnetometer, a second alkali vapor cell with Light is applied, which is associated with a branch parallel to the magnetometer, said second alkali vapor cell is exposed to one of the first Alkalidampfzelle the magnetometer magnetic field deviating magnetic field, and which is also a photodetector and the amplified signals of the first photodetector and the second photodetector directly are then fed to an electronic difference former and only then its output signal is supplied to the magnetometer associated with this phase detector, which is in communication with a frequency generator, wel cher the alkali metal vapor cell of the magnetometer with a defined adjustable magnetic alternating field applied. In a special embodiment of the invention, it is further proposed that the second branch of the arrangement serving as the reference path, with the otherwise identical arrangement described above, also be designed as a magnetometer, which will be described in more detail in the following exemplary embodiments.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments be explained in more detail. Show it:

1 den prinzipiell bekannten Aufbau eines Gradiometers, bestehend aus zwei optischen Magnetometern nach dem bekannten Stand der Technik; 1 the principle known construction of a Gradiometers, consisting of two optical magnetometers according to the known prior art;

2 eine erste grundsätzliche Anordnung der Erfindung zur Schaffung eines rauschkompensierten optischen Magnetometers; 2 a first basic arrangement of the invention for providing a noise-compensated optical magnetometer;

3 eine Anordnung bestehend aus zwei Magnetometern unter Einbeziehung der speziellen Lösung nach 2, hier in weiterer Verschaltung zu einem Gradiometer; 3 an arrangement consisting of two magnetometers incorporating the special solution according to 2 , here in further connection to a gradiometer;

4 eine zweite grundsätzliche Anordnung der Erfindung zur Schaffung eines rauschkompensierten optischen Magnetometers, hier in weiterer Verschaltung zu einem Gradiometer und 4 a second basic arrangement of the invention to provide a noise-compensated optical magnetometer, here in a further interconnection to a gradiometer and

5 eine beispielhafte Darstellung der Lage der Larmorfrequenzen, die den Signalen der beiden in 4 dargestellten Alkalizellen entsprechen und in 5 unten im gleichen Photosignal enthalten sind. 5 an exemplary representation of the position of the Larmor frequencies, the signals of the two in 4 correspond to alkaline cells and in 5 are included below in the same photo signal.

1 zeigt den üblichen Aufbau zur Signalverarbeitung bei einem Gradiometer, gebildet aus zwei optischen Magnetometern, bezeichnet mit M1, M2 (Kanal 1 und Kanal 2), nach dem Stand der Technik. Licht eines Lasers 1 gelangt über nicht näher bezeichnete Strahlteiler und Umlenkspiegel in je eine Alkalidampfzelle 2a und 2b. Diesen sind jeweils Photodetektoren 4a, 4b und Phasendetektoren 6a, 6b nachgeordnet, deren verstärkte Signale erst danach einem elektronischen Differenzbildner 5 in Form üblicher Operationsverstärker mit Subtraktionsfunktion zugeleitet werden, um ein Gradiometersignal G zu erhalten. Mit den Phasendetektoren 6a, 6b stehen jeweils Frequenzgeneratoren 7a, 7b in Verbindung, die die jeweiligen Alkalidampfzellen 2a, 2b mit einem magnetischen Wechselfeld B1 (1), B1 (2) bei der Lamorfrequenz beaufschlagen. Im optisch gepumpten Magnetometer tritt jedoch hauptsächlich Rauschen auf, das von Wellenlängenschwankungen der Strahlungsquelle hervorgerufen wird, die bei der Absorption in der Alkalidampfzelle in Amplitudenrauschen umgewandelt werden. Dieses Rauschen ist mit einer Anordnung nach dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik jedoch nicht zu beseitigen. 1 shows the usual structure for signal processing in a gradiometer, formed from two optical magnetometers, designated M 1 , M 2 (channel 1 and channel 2), according to the prior art. Light of a laser 1 passes through unspecified beam splitter and deflecting mirror in each case an alkali steam cell 2a and 2 B , These are each photodetectors 4a . 4b and phase detectors 6a . 6b subordinated, whose amplified signals only after an electronic subtractor 5 in the form of conventional operational amplifiers with subtraction function to obtain a Gradiometersignal G. With the phase detectors 6a . 6b stand each frequency generators 7a . 7b in conjunction with the respective alkali vapor cells 2a . 2 B with an alternating magnetic field B 1 (1) , B 1 (2) act on the Lamorfrequenz. In the optically pumped magnetometer, however, noise mainly occurs, which is caused by wavelength fluctuations of the radiation source, which are converted into amplitude noise upon absorption in the alkali vapor cell. However, this noise can not be eliminated with an arrangement according to the prior art described above.

Die erfindungsgemäß weiter unten vorgeschlagenen Anordnungen bauen auf diesem bekannten Gradiometerprinzip auf. Ein solches Gradiometer verwendet zwei optische Magnetometer, die an unterschiedlicher Stelle im zu messenden Magnetfeld angeordnet sind und deren Ausgangssignale subtrahiert werden. Auf diese Weise werden gleiche Werte des Magnetfeldes, die an den Orten der beiden Magnetometer vorliegen, eliminiert und nur Unterschiede detektiert. Dies gilt allerdings nur für die direkt gemessenen Werte des Magnetfeldes. Die Rauschbeiträge vom Pumplicht, die von Wellenlängenschwankungen der Strahlungsquelle hervorgerufen werden, bleiben im Signal erhalten. Dieses wird erst bei der Absorption in der Alkalidampfzelle in Amplitudenrauschen umgewandelt, das danach bei verschiedenen Zellen nicht mehr korreliert ist, also nicht mehr durch die Subtraktion der Magnetometersignale eliminiert werden kann und die Auflösung verschlechtert.The According to the invention proposed below arrangements build on this famous gradiometer principle. Such a gradiometer is used two optical magnetometers in different places in the are arranged measuring magnetic field and subtracted their output signals become. In this way, same values of the magnetic field, the present at the locations of the two magnetometers, eliminated and only Differences detected. This is true only for the directly measured values of the magnetic field. The noise contributions from the pump light, by wavelength fluctuations of the radiation source caused, remain in the signal received. This is only in the absorption in the alkali vapor cell in amplitude noise which then no longer correlates with different cells is, so no longer by the subtraction of the magnetometer signals can be eliminated and the resolution deteriorates.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, vor der Demodulierung der mit der Larmorfrequenz gemischten Signale die beiden Photosignale voneinander zu subtrahieren. Auf diese Weise wird auch ein Großteil der auf den Photodiodensignalen liegenden Fluktuationen des Photostromes, die vom Rauschen des Pumplichts herrühren, eliminiert. Danach verwenden beide Auswerteelektroniken dieses gemeinsame Differenzsignal.Of the inventive solution is the idea underlying, before the demodulation of the mixed with the Larmorfrequenz Signals to subtract the two photosignals from each other. On This way, much of the on the photodiode signals lying fluctuations of the photocurrent, the noise of the pump light come, eliminated. Then use both evaluation electronics this common difference signal.

In 2 ist eine erste grundsätzliche Anordnung der Erfindung zur Schaffung eines rauschkompensierten optischen Magnetometers, zum leichteren Verständnis anhand nur eines Magnetometers M1, dargestellt. Analog zum Stand der Technik gelangt das Licht, bspw. eines Lasers 1, in eine erste Alkalidampfzelle 2a und in einen ihr nachgeordneten Photodetektor 4a. Zugleich ist gemäß der Erfindung eine zweite Alkalidampfzelle 3 in einem dem Magnetometer parallelen Zweig zugeordnet, wobei diese zweite Alkalidampfzelle 3 einem von die erste Alkalidampfzelle 2a beaufschlagendem von diesem abweichenden Magnetfeld ausgesetzt ist. Dieser zusätzlichen Alkalidampfzelle 3 ist ebenfalls ein Photodetektor 3a nachgeordnet und die verstärkten Signale des ersten Photodetektors 4a und des zweiten Photodetektors 3a werden unmittelbar anschließend einem elektronischen Differenzbildner 5 zugeführt und erst danach dessen Ausgangssignal auf den diesem Magnetometer zugeordneten Phasendetektor 6a zugeführt, der mit dem Frequenzgenerator 7a in Verbindung steht, welcher die Alkalidampfzelle 2a mit dem definiert einstellbaren magnetischen Wechselfeld B1 (1) beaufschlagt. Auf die beiden Alkalidampfzellen 2a und 3 wirkt ansonsten noch das Messfeld B0, welches auf die Zelle 3, gemäß der Erfindung, ausschließlich wirkt.In 2 is a first basic arrangement of the invention for providing a noise-compensated optical magnetometer, for ease of understanding with reference to only one magnetometer M 1 , shown. Analogous to the prior art, the light passes, for example, a laser 1 into a first alkaline vapor cell 2a and in a subordinate photodetector 4a , At the same time according to the invention, a second Alkalidampfzelle 3 assigned in a branch parallel to the magnetometer, said second alkali vapor cell 3 one of the first alkali vapor cell 2a is exposed to beaufschlagendem of this deviating magnetic field. This additional alkali vapor cell 3 is also a photodetector 3a downstream and the amplified signals of the first photodetector 4a and the second photodetector 3a Immediately afterwards an electronic subtractor 5 supplied and only then its output on the magnetometer associated phase detector 6a fed to the frequency generator 7a which is the Alkalidampfzelle 2a with the defined adjustable alternating magnetic field B 1 (1) acted upon. On the two alkali vapor cells 2a and 3 otherwise, the measuring field B 0 , which acts on the cell, also acts 3 , according to the invention, exclusively acts.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in 3 eine Anordnung bestehend aus zwei Magnetometern M1, M2 unter Einbeziehung der speziellen Lösung nach 2 und Verschaltung zu einem Gradiometer G schematisch dargestellt. Der in 3 strichliniert umfasste Bereich I entspricht dabei identisch der Ausführung nach 2 und man sieht leicht, dass der mit anderer Linienform umfasste Bereich II ein Spiegelbild dessen ist. Die zusätzlich vorgesehene Alkalidampfzelle 3, die ausschließlich dem Messfeld B0 und keinem weiteren magnetischen Feld ausgesetzt ist, dient über den Photodetektor 3a zur Referenzsignalbildung, welche im Beispiel für zwei Magnetometer M1 und M2 zur Verfügung steht. Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, weitere Magnetometerzweige Mn vorzusehen, die alle jeweils mit dem nur einmal vorgesehenen Referenzzweig (3; 3a), elektronischen Differenzbildnern 5a bis 5n in paarige Verbindung gebracht sind. Um im Beispiel zu bleiben, wird hier nur auf zwei Magnetometer Bezug genommen, so dass dem elektronischen Differenzbildner 5a des ersten Magnetometers der Phasendetektor 6a nachgeordnet ist und dieser mit dem Frequenzgenerator 7a in Verbindung steht, welcher die Alkalidampfzelle 2a über eine Spule mit dem Wechselfeld B1 (1) bei der Lamorfrequenz beaufschlagt. Identisch erfolgt die Verschaltung des zweiten Magnetometers M2 über die Baugruppen 6b, 7b und die Beaufschlagung der Alkalidampfzelle 2b mit dem Wechselfeld B1 (2) bei der Lamorfrequenz. Wie aus 3 ebenfalls ersichtlich ist, können die beiden Magnetometersignale, wie bei Verwendung anderer Schaltungen auch üblich, über einen weiteren elektronischen Differenzbildner, hier 8, zu einem Gradiometer G verschaltet werden.In a further embodiment of the invention is in 3 an arrangement consisting of two magnetometers M 1 , M 2 , including the special solution according to 2 and interconnection to a gradiometer G shown schematically. The in 3 Dashed line covered area I corresponds identically to the embodiment according to 2 and it is easy to see that the area II covered with another line shape is a mirror image of it. The additionally provided Alkalidampfzelle 3 , which is exposed exclusively to the measurement field B 0 and no further magnetic field, serves via the photodetector 3a for reference signal formation, which is available in the example for two magnetometers M 1 and M 2 . It goes without saying within the scope of the invention to provide further magnetometer branches M n , all of which are each provided with the reference branch (FIG. 3 ; 3a ), electronic subtractors 5a to 5n are paired. In order to stay in the example, reference is made here only to two magnetometers, so that the electronic subtractor 5a of the first magnetometer, the phase detector 6a is downstream and this with the frequency generator 7a which is the Alkalidampfzelle 2a acted upon by a coil with the alternating field B 1 (1) at the Lamor frequency. Identically, the interconnection of the second magnetometer M 2 takes place via the modules 6b . 7b and the loading of the alkali vapor cell 2 B with the alternating field B 1 (2) at the Lamor frequency. How out 3 It can also be seen that the two magnetometer signals, as is usual with the use of other circuits, can be connected to a gradiometer G via another electronic difference former, here 8.

Eine weitere grundsätzliche Möglichkeit zur Schaffung eines rauschkompensierten optischen Magnetometers ist in 4 schematisch dargestellt. Hier wird die Vorgabe, dass zwei in Relation zueinander gesetzte Alkalidampfzellen einem voneinander unterschiedlichem Magnetfeld ausgesetzt werden sollen, dadurch realisiert, dass alle Zweige als Magnetometer mit jeweils allen genannten Baugruppen ausgeführt sind, wobei in diesem Beispiel die Alkalidampfzelle 2b des zweiten Wegs mit einem zusätzlichen, definiert einstellbaren, statischen äußeren Magnetfeld (ΔB0) beaufschlagt ist und die Ausgänge der den beiden Alkalidampfzellen 2a, 2b nachgeordneten Photodetektoren 4a, 4b unmittelbar anschließend, analog 2, einem elektronischen Differenzbildner 5 zugeführt werden und erst danach dessen Ausgangssignal auf die den Magnetometern M1, M2 (Kanal 1, Kanal 2) zugeordneten Phasendetektoren 6a, 6b, zugeführt werden, die über die jeweiligen Frequenzgeneratoren 7a, 7b die Alkalidampfzellen 2a, 2b mit dem definiert einstellbaren magnetischen Wechselfeld B1 (1), B1 (2) mit der Lamorfrequenz beaufschlagen.Another basic possibility for creating a noise-compensated optical magnetometer is in 4 shown schematically. Here, the requirement that two alkali vapor cells placed in relation to each other should be exposed to a magnetic field different from each other, is realized in that all branches are designed as magnetometers with all said assemblies, in which example the alkali vapor cell 2 B of the second path is acted upon with an additional, defined adjustable, static external magnetic field (.DELTA.B 0 ) and the outputs of the two Alkalidampfzellen 2a . 2 B downstream photodetectors 4a . 4b immediately afterwards, analogously 2 , an electronic subtractor 5 are fed and only then its output to the magnetometers M 1 , M 2 (channel 1, channel 2) associated phase detectors 6a . 6b , which are fed via the respective frequency generators 7a . 7b the alkali vapor cells 2a . 2 B with the defined adjustable alternating magnetic field B 1 (1) , B 1 (2) act on the Lamorfrequenz.

Für vorstehendes Beispiel zeigt 5 das Rauschen der Signale sowohl nach den beiden Photoempfängern 4a, 4b als auch nach der Subtraktion der beiden Signale durch den elektronischen Differenzbildner 5 (in der Darstellung von oben nach unten). Die beiden Peaks in den Photosignalen sind bei den Larmorfrequenzen der beiden Kanäle, die sich entsprechend der Relation fL = γ·B0 aus etwas unterschiedlichen Magnetfeldern B0 an den Orten der beiden Magnetometer ergeben. Das darunterliegende Rauschniveau ist bei den Einzelsignalen deutlich erhöht und spiegelt das Rauschen des Pumplichts wider. Im Differenzsignal ist dieses eliminiert, so dass das Schrotrauschen weitestgehend erreicht werden kann. Dies wird im drastisch verringerten weißen Rauschen der Magnetfeldmessung reflektiert.For the above example shows 5 the noise of the signals after both photoreceivers 4a . 4b as well as after the subtraction of the two signals by the electronic subtractor 5 (in the illustration from top to bottom). The two peaks in the photosignals are at the Larmor frequencies of the two channels, which result according to the relation f L = γ · B 0 from slightly different magnetic fields B 0 at the locations of the two magnetometers. The underlying noise level is significantly increased in the individual signals and reflects the noise of the pump light. In the difference signal this is eliminated, so that the shot noise can be achieved as far as possible. This is reflected in the drastically reduced white noise of the magnetic field measurement.

In der bei Gradiometern üblichen nachfolgenden Differenzbildung 8 (vgl. 4), nach der Demodulierung durch die Phasendetektoren 6a und 6b, werden die bei den Magnetometersignalen noch überlagerten direkten niederfrequenten Rauschanteile zusätzlich weitgehend eliminiert. Letzteres gilt analog zur Ausführung nach 3.In the usual difference formation with gradiometers 8th (see. 4 ), after demodulation by the phase detectors 6a and 6b In addition, the superimposed in the magnetometer signals direct low-frequency noise components are also largely eliminated. The latter applies analogously to the execution after 3 ,

Bei der neuen erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 4 sind nun beide Peaks (den beiden Larmorfrequenzen der zwei Alkalizellen entsprechend) im gleichen Photosignal enthalten (5 unten). Damit die Elektroniken der beiden Magnetometer auf ihrem jeweiligen Peak stabil arbeiten können, müssen diese genügend weit auseinander liegen. In 5 sind dies beispielsweise etwa 200 Hz. Entsprechend der Relation fL = γ·B0 entspricht dies der Forderung, Mittel vorzusehen, die einen Unterschied ΔB0 zwischen den Magnetfeldern an den Orten der beiden Alkalizellen einzustellen gestatten.In the new arrangement according to the invention according to 4 Both peaks (corresponding to the two Larmor frequencies of the two alkaline cells) are now contained in the same photo signal ( 5 below). For the electronics of the two magnetometers to work stably on their respective peak, they must be sufficiently far apart. In 5 For example, these are approximately 200 Hz. According to the relation f L = γ * B 0 , this corresponds to the requirement to provide means for adjusting a difference ΔB 0 between the magnetic fields at the locations of the two alkaline cells.

Damit die Separation zweier Larmorfrequenzen aus einem gemeinsamen Photosignal gewährleistet ist, müssen die Larmorfrequenzen soweit auseinander liegen, dass zwei Bedingungen erfüllt sind: Zum einen müssen die Peaks des gemeinsamen Photosignals von den einzelnen Elektroniken getrennt aufgelöst werden können. Bei Peakbreiten von 10 Hz beispielsweise sollte der Mindestabstand also 20 Hz betragen. Zum anderen muss gewährleistet sein, dass im Messfeld auftretende Gradienten nicht zu einer Zusammenführung der Larmorfrequenzen führen. Erwartet man also beispielsweise Gradienten von maximal 30 nT, so werden entsprechend der Relation fL = γ·B0 z. B. bei Cäsium als Alkalidampf mit seinem gyromagnetischen Faktor von 3,5 kHz/μT die Larmorfrequenzen 100 Hz verschoben sein. Diesen Abstand muss man dann also zusätzlich mindestens vorhalten.To ensure the separation of two Larmor frequencies from a common photo signal, the Larmor frequencies must be far enough apart that two conditions are met: Firstly, the peaks of the common photo signal must be able to be resolved separately from the individual electronics. For example, with peak widths of 10 Hz, the minimum distance should be 20 Hz. On the other hand, it must be ensured that gradients occurring in the measuring field do not lead to a combination of the Larmor frequencies. If, for example, one expects gradients of a maximum of 30 nT, then according to the relation f L = γ · B 0 z. B. in cesium as alkali vapor with its gyromagnetic factor of 3.5 kHz / μT Larmorfrequenzen 100 Hz be moved. In addition, you must at least maintain this distance.

Nachfolgend werden einige Möglichkeiten zur Erzeugung dieses Magnetfeldunterschiedes beispielhaft vorgestellt:Below are some options to generate this magnetic field difference exemplified:

  • – In der Nähe eines der beiden Magnetometer (in 4 ist dies die Zelle 2b) wird eine geringe Menge von Material angebracht, das entweder einen eigenen Magnetismus aufweist oder das äußere Magnetfeld entweder verdrängt oder fokussiert. Im ersten Fall (bspw. Einsatz eines Permanentmagneten) wird ein konstanter Beitrag zum äußeren Feld addiert, im zweiten Fall wird ein Teil des äußeren Magnetfeldes zusätzlich zur Alkalidampfzelle hin oder von ihr weg gelenkt. In jeder dieser Realisierungsvarianten wird das resultierende Magnetfeld an der Zelle davon abhängig sein, wie das äußere Magnetfeld B0 zur Zelle orientiert ist, da sich die einzelnen Magnetfelder vektoriell addieren und sich daher die Resultierende mit unterschiedlicher Lage der Einzelfelder zueinander verändert. Diese Lösung ist daher bevorzugt für Anordnungen geeignet, die eine feste Orientierung gegenüber dem Erdfeld oder einem künstlich erzeugten Messfeld haben, also für stationäre Messsysteme.- Near one of the two magnetometers (in 4 this is the cell 2 B ), a small amount of material is applied which either has its own magnetism or either displaces or focuses the external magnetic field. In the first case (for example use of a permanent magnet), a constant contribution to the external field is added, in the second case a part of the external magnetic field is directed in addition to or away from the alkali vapor cell. In each of these implementation variants, the resulting magnetic field at the cell will depend on how the external magnetic field B 0 is oriented to the cell, since the individual magnetic fields add up vectorally and therefore the resultant changes with different position of the individual fields relative to one another. This solution is therefore preferably suitable for arrangements which have a fixed orientation relative to the earth's field or an artificially generated measuring field, that is to say for stationary measuring systems.
  • – Das zusätzliche Feld für eine der beiden Zellen (2a oder 2b in 4) kann durch eine stromdurchflossene Spule in der Nähe dieser Zelle erzeugt werden. Nachteilig hieran ist jedoch, dass dann das Rauschen des Stromes auf die Magnetometerzelle aufgeprägt wird. Diesen Nachteil kann man weitestgehend vermeiden, wenn man beide Zellen mit Spulen versieht, die vom gleichen Strom durchflossen werden, aber so geringfügig unterschiedlich ausgelegt sind, dass die geforderte Differenz der Magnetfelder realisiert wird. Ebenso kann für beide Magnetometer ein gemeinsames Feld erzeugt werden, das einen leichten Gradienten aufweist. Ebenso im Rahmen der Erfindung liegt, eine der beiden Spulen zusätzlich mit einem definierten Gleichstromanteil zu beaufschlagen. Auch diese Anordnungen benötigen eine feste Orientierung gegenüber dem äußeren Magnetfeld, sind also für stationäre Messsysteme geeignet.- The additional field for one of the two cells ( 2a or 2 B in 4 ) can be generated by a current-carrying coil in the vicinity of this cell. The disadvantage here, however, is that then the noise of the current is impressed on the magnetometer cell. This disadvantage can be largely avoided if you provide both cells with coils that are traversed by the same stream, but are designed so slightly different that the required difference of the magnetic fields is realized. Likewise, a common field can be generated for both magnetometers, which has a slight gradient. It is also within the scope of the invention to apply one of the two coils additionally with a defined DC component. These arrangements also require a fixed orientation with respect to the external magnetic field, so they are suitable for stationary measuring systems.
  • – Eine richtungsunabhängige Erzeugung leicht unterschiedlicher Felder kann man weiterhin erreichen, wenn eine der beiden Alkalidampfzellen von einem hier nicht dargestellten Hohlkörper (bspw. einer Kugel) umhüllt wird, die mit einem Material versehen ist, welches das Magnetfeld geringfügig dämpft. Dafür geeignet hat sich ein Mn-Zn-Ferrit-Pulver erwiesen. Der Dämpfungsfaktor kann über die Materialauswahl und Dicke eingestellt werden.- A direction independent generation slightly different Fields can still be reached if one of the two alkali steam cells of a hollow body (not shown here, for example, a Ball), which is provided with a material, which slightly attenuates the magnetic field. Therefore a Mn-Zn ferrite powder has proved suitable. The damping factor can be set via the material selection and thickness.

Die Vorteile und die einfache Art der Realisierung von Lösungen, gemäß vorliegender Aufgabenstellung, werden besonders deutlich, wenn man rückschauend dazu einen Vergleich mit bekannten Detaillösungen nach dem Stand der Technik vornimmt.The Advantages and the simple way of realization of solutions, according to the present task, become special clearly, if you look back to a comparison with known detailed solutions according to the prior art makes.

Die Subtraktion der Photoströme nach den Alkalidampfzellen, wie in vorliegender Erfindung vorgeschlagen, ist dem bekannten Stand der Technik nicht zu entnehmen. Es sind nur Lösungen zur Minderung des Rauschens der Strahlungsquelle allein bekannt, realisiert durch zwei zueinander balancierte Photoempfänger: „A Survey of Methods Using Balanced Photodetection”, New Focus Appl. Note 14, 2002 . Bei dieser Lösung wird allein das Amplitudenrauschen des Lichtes vermindert. Im optisch gepumpten Magnetometer tritt jedoch hauptsächlich Rauschen auf, das von Wellenlängenschwankungen der Strahlungsquelle hervorgerufen wird, die bei der Absorption in der Alkalidampfzelle in Amplitudenrauschen umgewandelt werden. Es kann erst durch die erfindungsgemäße Subtraktion der Signale nach den Alkalidampfzellen die gewünschte Verminderung des dadurch hervorgerufenen Rauschens ohne sonstigen weiteren Aufwand erzielt werden.The subtraction of the photocurrents after the alkali vapor cells, as proposed in the present invention is not apparent from the prior art. Only solutions for reducing the noise of the radiation source alone are known, realized by two photoreceivers balanced to one another: "A Survey of Methods Using Balanced Photodetection", New Focus Appl. Grade 14, 2002 , In this solution alone the amplitude noise of the light is reduced. In the optically pumped magnetometer, however, noise mainly occurs, which is caused by wavelength fluctuations of the radiation source, which are converted into amplitude noise upon absorption in the alkali vapor cell. It is only by the inventive subtraction of the signals after the Alkalidampfzellen the desired reduction of the noise caused thereby without any further effort.

Auch die Methoden zur gezielten Einstellung der geforderten unterschiedlichen Magnetfelder sind so und für den vorgesehenen Verwendungszweck dem bekannten Stand der Technik nicht entnehmbar. Der Einsatz magnetischer Materialien zur Führung magnetischer Flusslinien ist zwar grundsätzlich bekannt (z. B. S. A. Gudoshnikov, B. Y. Liubimov, L. V. Matveets, A. P. Mikhailenko, Y. V. Deryuzhkina, Y. S. Sitnov, O. V. Snigirev, Physica C 368 (1–4), 66–69, 2002 ), aber die gezielte Erzeugung lokal unterschiedlicher Magnetfelder mit diesen Mitteln ist neu. Ebenso gibt es Anordnungen von Magnetfeldsensoren, die eine gemeinsame Rückkopplung eines äußeren Magnetfeldes einsetzen (z. B. R. H. Koch, J. R. Rozen, J. Z. Sun, W. J. Gallagher, Appl. Phys. Lett. 63, 403–405, 1993 ), aber stets wird dort auf die Erzeugung gleicher Felder an den Orten aller Magnetometer abgestellt.The methods for the targeted adjustment of the required different magnetic fields are so and for the intended use of the prior art can not be removed. The use of magnetic materials for guiding magnetic flux lines is in principle known (eg. SA Gudoshnikov, BY Liubimov, LV Matveets, AP Mikhailenko, YV Deryuzhkina, YS Sitnov, OV Snigirev, Physica C 368 (1-4), 66-69, 2002 ), but the targeted generation of locally different magnetic fields by these means is new. Likewise, there are arrangements of magnetic field sensors which use a common feedback of an external magnetic field (eg. RH Koch, JR Rozen, JZ Sun, WJ Gallagher, Appl. Phys. Lett. 63, 403-405, 1993 ), but always there is placed on the generation of equal fields at the locations of all magnetometers.

Die erfindungsgemäße Anordnung verwendet bevorzugt mindestens zwei optische Magnetometer, die mit der gleichen Quelle gepumpt werden, nämlich einer Gasentladungslampe, gefüllt mit dem gleichen Material wie die Alkalidampfzellen, oder einen Laser, dessen Wellenlänge entsprechend abgestimmt ist. Die Signale von jeweils zwei wie beschrieben nachgeordneten Photoempfängern werden subtrahiert und in den nachfolgenden Elektroniken wiederum separat ausgewertet. Diese Magnetometersignale können bereits separat ausgegeben werden. Man erhält so Signale mit deutlich geringerem weißem Rauschen als dies bei Magnetometern ohne die erfindungsgemäße Subtraktion der Photodiodensignale am vorgeschlagenen Ort innerhalb der Anordnung der Fall ist. Werden die Ausgangssignale der beiden Magnetometer zusätzlich noch subtrahiert, also ein Gradiometer gebildet, wird auch das niederfrequente Rauschen des Magnetfeldes erheblich verringert.The arrangement according to the invention preferably uses at least two optical magnetometers which are pumped with the same source, namely a gas discharge lamp filled with the same material as the alkali vapor cells, or a laser whose wavelength is correspondingly adjusted. The signals from two downstream photoreceivers as described are subtracted and in turn evaluated separately in the subsequent electronics. These magnetometer signals can already be output separately. This gives signals with significantly less white noise than is the case with magnetometers without the inventive subtraction of the photodiode signals at the proposed location within the arrangement. If the output signals of the two magnetometers additionally subtracted, so formed a gradiometer, and the low-frequency noise of the magnetic field is considerably ver Ringert.

Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Methoden einer Phasensynchronisation bekannt, nämlich die Mx- und Mz-Methode, bei der ein Wechselfeld B1 eingesetzt wird, dessen Frequenz an die Larmor-Frequenz angepasst wird, die Nichtlineare Magneto-Optische Rotation (NMOR) und die Bell-Bloom-Methode, bei denen die Amplitude des Pumplichts mit der Larmor-Frequenz moduliert wird. Um die Präzessionsfrequenz zu messen, wird der Photostrom eines Photoempfängers ausgewertet, auf den das Pumplicht nach Durchtritt durch den Alkalidampf, nun bis zu einem gewissen Anteil mit der Larmor-Frequenz moduliert, auftrifft. Die erfindungsgemäße Anordnung für die Rauschminderung ist unabhängig von vorstehenden Methoden für diese Modulation und Demodulation einsetzbar. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber wurde in Vorstehendem, ohne die Erfindung daraus zu beschränken, nur die Mx-Methode beispielhaft gewählt. Hier ist eine gängige Methode für die Demodulation der Magnetfeldinformation vom Frequenzbereich um die Larmor-Frequenz zu den originalen Frequenzen, einen Lock-in-Verstärker als Phasendetektor einzusetzen und den Generator für die Referenzfrequenz auf die Larmor-Frequenz abzustimmen. Alternative andere technische Umsetzungen der erfindungsgemäßen Grundidee liegen für den Fachmann auf der Hand.According to the prior art, various methods of phase synchronization are known, namely the M x and M z methods, in which an alternating field B 1 is used whose frequency is adapted to the Larmor frequency, the non-linear magneto-optical rotation (NMOR ) and the Bell Bloom method, in which the amplitude of the pump light is modulated with the Larmor frequency. To measure the precession frequency, the photocurrent of a photoreceiver is evaluated, to which the pumping light after passing through the alkali vapor, now modulated to a certain extent with the Larmor frequency impinges. The arrangement according to the invention for noise reduction can be used independently of the above methods for this modulation and demodulation. For simplicity and clarity, in the foregoing, without limiting the invention thereof, only the M x method has been exemplified. Here is a common method for demodulating the magnetic field information from the frequency range around the Larmor frequency to the original frequencies, using a lock-in amplifier as the phase detector, and tuning the reference frequency generator to the Larmor frequency. Alternative other technical implementations of the basic idea according to the invention are obvious to the person skilled in the art.

11
Lichtquellelight source
2a, 2b2a, 2 B
AlkalidampfzellenAlkali vapor cell
33
Alkalidampfzelle im ReferenzwegAlkali vapor cell in the reference path
3a3a
Photodetektor im Referenzwegphotodetector in the reference path
4a, 4b4a, 4b
Photodetektorenphotodetectors
5, 5a, 5b5, 5a, 5b
elektronische Differenzbildnerelectronic differentiator
6a, 6b6a, 6b
Phasendetektorenphase detectors
7a, 7b7a, 7b
Frequenzgeneratorenfrequency generators
88th
weiterer elektronischer DifferenzbildnerAnother electronic subtractor
B1 (1), B1 (2) B 1 (1) , B 1 (2)
magnetische Wechselfeldermagnetic alternating fields
ΔB0 ΔB 0
statisches äußeres Magnetfeldstatic outside magnetic field
M1, M2 M 1 , M 2
Magnetometermagnetometer
GG
Gradiometergradiometer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (8)

Anordnung zur Rauschminderung bei optischen Magnetometern, beinhaltend wenigstens ein Magnetometer, bestehend aus einer Lichtquelle (1), einer Alkalidampfzelle (2a) mit nachgeordnetem Photodetektor (4a) und Phasendetektor (6a), wobei letzterer mit einem Frequenzgenerator (7a) in Verbindung steht, welcher die Alkalidampfzelle (2a) mit einem definiert einstellbaren magnetischen Wechselfeld (B1 (1)) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass mit Licht von der gleichen Lichtquelle (1) beaufschlagt, eine zweite Alkalidampfzelle (3) in einem dem Magnetometer parallelen Zweig zugeordnet ist, wobei diese zweite Alkalidampfzelle (3) einem von die erste Alkalidampfzelle (2a) erfassenden Magnetfeld abweichenden Magnetfeld ausgesetzt ist, der ebenfalls ein Photodetektor (3a) nachgeordnet ist und die verstärkten Signale des ersten Photodetektors (4a) und des zweiten Photodetektors (3a) unmittelbar anschließend einem elektronischen Differenzbildner (5) zugeführt werden und erst danach dessen Ausgangssignal auf den diesem Magnetometer zugeordneten Phasendetektor (6a) zugeführt wird, der mit dem Frequenzgenerator (7a) in Verbindung steht, welcher die zum Magnetometerzweig gehörige Alkalidampfzelle (2a) mit dem definiert einstellbaren magnetischen Wechselfeld (B1 (1)) beaufschlagt.Arrangement for noise reduction in optical magnetometers, comprising at least one magnetometer, consisting of a light source ( 1 ), an alkaline vapor cell ( 2a ) with a downstream photodetector ( 4a ) and phase detector ( 6a ), the latter having a frequency generator ( 7a ), which contains the alkali vapor ( 2a ) with a defined adjustable alternating magnetic field (B 1 (1) ), characterized in that with light from the same light source ( 1 ), a second alkali vapor cell ( 3 ) is assigned in a branch parallel to the magnetometer, said second alkali vapor cell ( 3 ) one of the first alkaline vapor cell ( 2a ) is exposed to the magnetic field deviating magnetic field, which is also a photodetector ( 3a ) and the amplified signals of the first photodetector ( 4a ) and the second photodetector ( 3a ) immediately following an electronic subtractor ( 5 ) and only thereafter its output signal on the magnetometer associated phase detector ( 6a ) supplied with the frequency generator ( 7a ), which contains the alkali vapor cell belonging to the magnetometer branch ( 2a ) with the defined adjustable alternating magnetic field (B 1 (1) ) acted upon. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweig, in dem die zweite Alkalidampfzelle vorgesehen ist, ebenfalls als Magnetometer mit allen genannten Baugruppen ausgeführt ist, wobei diese Alkalidampfzelle (2b) des zweiten Magnetometerzweigs mit einem zusätzlichen, definiert einstellbaren, statischen äußeren Magnetfeld (ΔB0) beaufschlagt ist und die Ausgänge der den beiden Alkalidampfzellen (2a, 2b) nachgeordneten Photodetektoren (4a, 4b) unmittelbar anschließend einem elektronischen Differenzbildner (5) zugeführt werden und erst danach dessen Ausgangssignal auf die den Magnetometern (Kanal 1, Kanal 2) zugeordneten Phasendetektoren (6a, 6b), zugeführt werden, die über die jeweiligen Frequenzgeneratoren (7a, 7b) die Alkalidampfzellen (2a, 2b) mit dem definiert einstellbaren magnetischen Wechselfeld (B1 (1), B1 (2)) beaufschlagen.Arrangement according to claim 1, characterized in that the branch in which the second Alkalidampfzelle is provided, is also designed as a magnetometer with all said assemblies, said Alkalidampfzelle ( 2 B ) of the second Magnetometerzweigs with an additional, defined adjustable, static external magnetic field (.DELTA.B 0 ) is acted upon and the outputs of the two Alkalidampfzellen ( 2a . 2 B ) downstream photodetectors ( 4a . 4b ) immediately following an electronic subtractor ( 5 ) and only then its output to the magnetometers (channel 1, channel 2) associated phase detectors ( 6a . 6b ), via the respective frequency generators ( 7a . 7b ) the alkali vapor cells ( 2a . 2 B ) with the defined adjustable alternating magnetic field (B 1 (1) , B 1 (2) ) act. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das statische äußere Magnetfeld (ΔB0) erzeugt wird, indem in der Nähe der zweiten Alkalidampfzelle (2b) ein Permanentmagnet oder Material, das das auf die Alkalidampfzelle einwirkende Magnetfeld fokussiert oder verdrängt, angeordnet ist.Arrangement according to claim 2, characterized in that the static external magnetic field (ΔB 0 ) is generated by placing in proximity to the second alkali vapor cell ( 2 B ) is a permanent magnet or material which focuses or displaces the magnetic field acting on the alkali vapor cell. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das statische äußere Magnetfeld (ΔB0) erzeugt wird, indem die zweiten Alkalidampfzelle (2b) von einem Hohlkörper umhüllt ist, der mit einem Material, wie einem Mn-Zn-Ferrit-Pulver, versehen ist, welches das auf die Alkalidampfzelle einwirkende Magnetfeld dämpft.Arrangement according to claim 2, characterized in that the static external magnetic field (ΔB 0 ) is generated by the second alkali vapor cell ( 2 B ) is enveloped by a hollow body provided with a material such as a Mn-Zn ferrite powder which dampens the magnetic field applied to the alkali vapor cell. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das statische äußere Magnetfeld (ΔB0) erzeugt wird, indem die auf die zweite Alkalidampfzelle (2b) einwirkende Spule zusätzlich mit einem definierten Gleichstromanteil durchflossen wird, so dass sich zum durch die Spule erzeugten magnetischen Wechselfeld (B1 (2)) ein definiert einstellbares statisches Magnetfeld (ΔB0) addiert.Arrangement according to claim 2, characterized in that the static external magnetic field (ΔB 0 ) is generated by applying to the second alkali vapor cell ( 2 B ) acting coil is additionally traversed by a defined DC component, so that adds to the magnetic alternating field (B 1 (2) ) generated by the coil, a defined adjustable static magnetic field (.DELTA.B 0 ). Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die zweite Alkalidampfzelle (3) erzeugte Signal mehreren elektronischen Differenzbildnern (5), entsprechend verstärkt, zugeführt wird, so dass an die jeweiligen Differenzbildner (5a, 5b) jeweils ein weiterer Magnetometerzweig anschließbar ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that by the second Alkalidampfzelle ( 3 ) generated signal to several electronic subtractors ( 5 ), correspondingly amplified, is fed so that the respective difference formers ( 5a . 5b ) in each case a further magnetometer branch can be connected. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die zweite Alkalidampfzelle (2b) des zweiten Zweigs, die mit einem zusätzlichen, definiert einstellbaren, statischen äußeren Magnetfeld (ΔB0) beaufschlagt ist, erzeugte Signal mehreren elektronischen Differenzbildnern (5) entsprechend verstärkt zugeführt wird, so dass an die jeweiligen Differenzbildner (5a, 5b) jeweils ein weiterer Magnetometerzweig anschließbar ist.Arrangement according to claim 2, characterized in that the through the second Alkalidampfzelle ( 2 B ) of the second branch, which is supplied with an additional, defined adjustable, static external magnetic field (.DELTA.B 0 ) signal generated by a plurality of electronic difference formers ( 5 ) is supplied correspondingly reinforced, so that the respective difference formers ( 5a . 5b ) in each case a further magnetometer branch can be connected. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Phasendetektoren (6a, 6b) erzeugten Ausgangssignale zweier optischer Magnetometer (M1, M2), die an unterschiedlichen Stellen im zu messenden Magnetfeld (B0) angeordnet sind, durch einen weiteren elektronischen Differenzbildner (8) zu einem Gradiometer (G) verschaltet sind.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that on the phase detectors ( 6a . 6b ) output signals of two optical magnetometers (M 1 , M 2 ), which are arranged at different locations in the magnetic field (B 0 ) to be measured, by a further electronic difference former ( 8th ) are connected to a gradiometer (G).
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