Udsigter for en helt optisk fjernmagnetisk feltsensor

Krystaller doteret med sjældne jordarters (RE) ioner udviser meget smalle liniebredder af optiske overgange. De snævre linjespektre af tredobbelt ioniserede RE-elementer dækker hele det synlige og infrarøde område. RE-doterede materialer er meget udbredt som lasermedier, fosfor, scintillatorer, i solceller osv. I dag udvikles RE-baseret luminescenstermometri med succes, som demonstrerer et bredt arbejdstemperaturområde, høj termisk følsomhed og rumlig opløsning.

I et magnetfelt splittes nogle spektrallinjer, og størrelsen af ​​magnetfeltet kan bestemmes ved at måle denne opsplitning. Jo smallere linjerne er, jo mere nøjagtigt kan magnetfeltet måles. For at udføre fjernmålinger er det nødvendigt at bruge luminescens. De smalleste luminescenslinjer af krystaller, der er doteret med sjældne jordarters elementer, kræver specielt højopløsnings bredbåndsspektraludstyr til deres detektion og måling.

I et nyt papir offentliggjort i Light:Science &Applications , har forskere fra Institut for Spektroskopi ved Det Russiske Videnskabsakademi udviklet en følsom opsætning baseret på et Bruker 125HR højopløsningsvakuum Fourier-spektrometer til detektering af luminescensspektrene exciteret af en diodelaser, herunder ved kryogene temperaturer (ned til 3,5). K) og i magnetiske felter op til 500 mT, i spektralområdet fra infrarød til synlig, med opløsning op til 0,0006 cm ^-1 (18 MHz). Ved hjælp af denne opsætning studerede de luminescensspektrene for en lithium-yttriumfluorid-krystal doteret med holmium.

Velopløst hyperfin struktur, der kommer fra interaktionen mellem optiske elektroner i holmiumionen og det magnetiske moment af dens kerne, blev detekteret. Individuelle hyperfine komponenter er så smalle som 0,002-0,003 cm ^-1 . De deler sig i et magnetfelt påført krystallen proportionalt med deres g-faktorer. Der blev fundet adskillige luminescenslinjer med telekommunikationsbølgelængder (falder ind i optiske fibres gennemsigtighedsvindue) og store magnetiske g-faktorer (10-15).

Ved hjælp af disse linjer kan styrken af ​​et eksternt magnetfelt detekteres med en præcision på omkring 17 μT (sammenlign med Jordens magnetfelt, som spænder fra 25 til 65 μT). Retningen af ​​magnetfeltet kan også bestemmes.

"Disse luminescenslinjer er lovende til at skabe fjernmagnetiske feltsensorer, der ikke kræver et ekstra konstant eller variabelt magnetfelt og/eller mikrobølgefelt og er i stand til at fungere i en meget bred vifte af målte magnetfelter. Vores resultater baner vejen for udviklingen af ​​en magnetfeltsensor til for eksempel kvanterepeatere installeret i en udvidet kvantekommunikationslinje," siger forskerne. For at implementere en praktisk og bekvem sensor, foreslår de at bruge et interferensfilter og et Fabry-Perot interferometer.

Et andet interessant fund af denne forskning er muligheden for at evaluere lithiumisotopforholdet i krystal- og tilfældige gitterdeformationer (dvs. krystalkvaliteten) ved at analysere højopløsningsluminescensspektre. + Udforsk yderligere

Undersøgelse af de magnetiske egenskaber af helium-3