Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Здесь приведено краткое рассмотрение только самых основных характеристик оптической накачки. В имеющейся литературе содержится много детальных теоретических работ и описаний специальных применений техники оптической накачки, а также подробно приводятся возможные усовершенствования аппаратуры, которая будет в общих чертах представлена в следующем разделе статьи. Однако нам хочется подчеркнуть, что аппаратура в том виде, в котором она будет описана далее, вполне пригодна для иллюстрации ряда фундаментальных концепций современной атомной физики.
Экспериментальная аппаратура. Схема необходимой аппаратуры представлена на рис. 3. Наиболее просто эксперименты по оптической накачке можно осуществить с натрием и рубидием. Накачка рубидия затрудняется отсутствием интенсивных световых источников, но, с другой стороны, здесь имеются и некоторые преимущества по сравнению с Ыа. Они заключаются в следующем: а) низкая температура точки плавления ИЬ (39 °С), позволяющая получать достаточно высокое давление паров для успешной накачки при 35—45 °С, по сравнению со 100—140 °С для Иа, б) большое разделение Вх- и Оа-линий (7947 А и 7800 А соответственно), позволяющее сравнительно просто и эффективно устранить ?>2-ли-нию, применяя интерференционные фильтры. В дальнейшем мы будем рассматривать систему накачки ИЬ, хотя, разумеется, основные элементы системы для накачки № будут теми же.
298
908
8
-т ° 9
Общие сведения об аппаратуре. По-видимому, наиболее подходй-щими источниками резонансного излучения, которые изготавливаются промышленностью, являются лампы Озгат (1 на рис. 3). Они запускаются переменным напряжением 220 в, но после прогрева для устранения пульсаций яркости лампы 60 гц нужно питать постоянным током. Эти лампы могут хорошо работать при напряжениях постоянного тока от 24 до 30 в. Наилучшее качество света получается тогда, когда ток лампы несколько меньше максимального тока, равного 1,5 а. Колбы ламп не следует при работе устанавливать в вертикальном положении, как рекомендуется в инструкции изготовителя. В некоторых колбах низкочастотные пульсации проявляются даже при подключении к сети постоянного тока. Оказывается, что частота и амплитуда этих пульсаций являются функцией температуры колбы и при низких температурах имеется тенденция к ухудшению работы лампы. Для облегчения контроля за температурой можно снять внешний вакуумный кожух. Часто это является достаточным для улучшения работы лампы. Для создания оптимальных температурных условий можно применить ванну из нагретого силиконового масла, куда помещается лампа без кожуха! Во всяком случае, эта мера обычно приводит к увеличению выхода резонансного света в несколько раз. Температура и ток лампы должны поддерживаться ниже того уровня, когда свет начинает приобретать белый оттенок. Наилучшим является такой режим работы, когда свет лампы имеет однородный малиновый оттенок.
Для фокусировки света на резонансную колбу 2 подходит почти любая линза 3. Так как для устранения ?)2-линии нужно использовать интерференционный фильтр 4, то угловая расходимость светового пучка должна быть достаточно малой (меньше 8° для половинного угла). Оптимальные условия, если исходить из потерь световой мощности и малой расходимости пучка, получаются при использовании короткофокусной линзы с диаметром 2 или 3 дюйма, когда лампа помещается приблизительно в ее фокусе.
Поляризатор для получения круговой поляризации состоит из линейного поляризатора 5 и пластинки в четверть волны 6 толщиной, соответствующей длине волны Ыа или ИЬ.
24*808
Рис.3- Схема аппаратуры для оптической накачки. Не показана стартовая цепь питания лампы переменным током.
299
Мы временно отложим обсуждение устройства резонансной колбы и перейдем к детектору. Он состоит из обычного фотоумножителя 7, например КСА1Р40, или любого другого с достаточно большим усилением и малым темновым током. Система детектирования должна быть защищена от внешних источников света, особенно от комнатного освещения, где проявляются значительные пульсации 60 гц. Сигнал от фотоумножителя подается с помощью экранированного кабеля на преду сил итель 8 с малыми шумами типа Тек1гошх-122 или -123, имеющий коэффициент усиления около 100. Выход усилителя связан с осциллографом 9, который должен иметь чувствительность не менее 0,1 в/см для предусилителя с коэффициентом усиления, равным 100.
Система катушек Гельмгольца 10, имеющих диаметр 15 или 16 дюймов, создает достаточно однородное поле для получения узких резонансных линий. В зависимости от конкретного вида распределения магнитного поля иногда желательно помещать вторую пару катушек Гельмгольца под прямым углом к первой, чтобы компенсировать заметные поперечные компоненты поля. Можно поступить иначе, расположив всю аппаратуру таким образом, чтобы ее ось совпадала с направлением внешнего магнитного поля. Достаточно иметь поле в один или два гаусса, чтобы получить хорошие резонансы в удобной области частот. Однако в общем случае этого поля недостаточно, чтобы разрешить отдельные зеемановские переходы, возникающие из-за нелинейных членов в выражении для зависимости зеемановского расщепления от поля. Можно наблюдать резонансы, расположив аппаратуру по направлению магнитного поля Земли, однако мы рекомендуем использовать внешнее магнитное поле, чтобы увеличить возможности установки.
