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WO2024200125A1 - Cellule de magnétomètre à pompage optique - Google Patents

Cellule de magnétomètre à pompage optique Download PDF

Info

Publication number
WO2024200125A1
WO2024200125A1 PCT/EP2024/057329 EP2024057329W WO2024200125A1 WO 2024200125 A1 WO2024200125 A1 WO 2024200125A1 EP 2024057329 W EP2024057329 W EP 2024057329W WO 2024200125 A1 WO2024200125 A1 WO 2024200125A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductive material
electrically conductive
cell
enclosure
cell according
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/057329
Other languages
English (en)
Inventor
Agustin PALACIOS-LALOY
Original Assignee
Mag4Health
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mag4Health filed Critical Mag4Health
Publication of WO2024200125A1 publication Critical patent/WO2024200125A1/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/24—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/26—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using optical pumping

Definitions

  • the field of the invention is that of optically pumped magnetometers.
  • Optically pumped magnetometers use atomic gases confined in a cell, typically metastable helium or alkali gases, as a sensitive element. These magnetometers, which can take different configurations, allow to trace the magnetic field by exploiting the following three processes which take place either sequentially or concomitantly:
  • the sensitivity, also called low intrinsic noise, achievable with such optically pumped magnetometers is remarkable and significantly more favorable than that of most other magnetic measurement technologies (fluxgate, Hall effect, magnetoresistance, etc.).
  • Only the SQUID type magnetometer has a similar noise, but it requires cryogenic cooling of the sensitive element, which contains elements that need to be superconductors for its operation, which restricts its practical application field.
  • Measuring magnetic fields is useful for various applications, including the characterization of electric currents flowing in the human body for example, to understand and diagnose different pathologies of the brain and heart.
  • Optically pumped magnetometers of alkalis with centimeter lateral size and compatible with networking currently achieve sensitivities close to 10 fT/sqrt(Hz).
  • This sensitivity can be understood as the "intrinsic noise” that the operation of the magnetometer adds to the measured signal. It comes from different phenomena, in particular the noise of the light used to measure atomic states, which, in the best case, presents quantum fluctuations also called “photon noise” or "optical shot noise”.
  • optically pumped metastable helium magnetometers sensitivities of the order of 50 fT/sqrt(Hz) have been reported in the paper [1] listed below. Such sensitivity is not as favorable as the case of alkaline magnetometers.
  • optically pumped metastable helium magnetometers have many other practical advantages. In particular, they do not require heating to operate. They also have a significantly wider bandwidth.
  • the invention aims to reduce the intrinsic noise of optically pumped magnetometers of metastable helium.
  • the invention proposes a cell for an optically pumped magnetometer, comprising: an enclosure containing a gas; and a circuit for exciting a plasma in the enclosure, which comprises one or more elements made of electrically conductive material arranged relative to the enclosure so as to allow the application of an electric discharge to the gas contained in the enclosure.
  • a conductance of the excitation circuit is defined as the sum of the conductance of each of the element(s) made of electrically conductive material where the conductance of an element made of electrically conductive material corresponds to the conductivity of the electrically conductive material weighted by the ratio between the volume of electrically conductive material of said element and the square of the distance between said element and the center of the cell.
  • the conductance of the excitation circuit is less than 8000 Siemens, preferably less than 5000 Siemens, even more preferably less than 1500 Siemens.
  • FIG. 1 a diagram of a magnetometer integrating a cell according to the invention
  • FIG. 2 is an example of an electrode deposited on a flexible dielectric film according to a fork pattern.
  • optically pumped magnetometers of metastable helium are based on an atomic state that is not the ground state (l 1 So in spectroscopic notation for helium-4), but an excited state, in this case the metastable triplet state (noted 2 3 Si for helium-4).
  • this state must be populated. This is usually achieved by using an electrical discharge operating in the high-frequency range, typically between 1 MHz and 100 MHz. This discharge creates a plasma inside the cell in which high-energy collisions between atoms and electrons excite some of the atoms in the metastable state.
  • Different strategies for initiating and maintaining this plasma discharge can be used:
  • An inductively coupled discharge circuit consisting of a solenoid located so that the magnetic flux it creates is partly applied to the gas inside the cell.
  • a variant consists of a helical resonator connected to a generator only at one of its ends and facing a ground plane. For certain frequencies, this resonator behaves like a solenoid, with advantages in terms of impedance matching to the generator.
  • the magnetometer For measurement applications on the human body, it is preferable for the magnetometer to be of small size. Ideally, this requires that the elements of the magnetometer other than the sensitive element (in particular the capacitive or inductive element which enables the ignition and maintenance of the plasma) be small and that they can be located in the immediate vicinity of this sensitive element, so that the overall size of the sensor is only very slightly greater than the size of the sensitive element it contains. Capacitive electrodes are interesting in this sense, as well as an inductive circuit comprising a coil with a diameter very slightly greater than that of the helium cell.
  • the intrinsic noise of the magnetometer be limited to its unavoidable components, in particular photon noise, which occurs when other technical noise (current noise in the laser, for example) becomes negligible.
  • photon noise since the photon noise can be calculated, the Applicant was able to observe that there were still technical noises, of an unknown nature, which limited the total noise of the sensor. The Applicant suspected that this technical noise was related to the electrodes, which is now proven as will be described below.
  • the Applicant was thus able to show that in the case of sensors based on the optical pumping of metastable helium, the copper tape electrodes traditionally used (thickness between 35 and 100 microns) as well as the thick wire loop electrodes also used in the past (thickness of 315 or 500 microns) introduce significant magnetic noise, which, for optimized sensors, becomes the limiting noise of the sensor.
  • the Applicant proposes a cell for an optically pumped magnetometer equipped with a plasma excitation circuit in an enclosure containing an atomic gas by means of an electrical discharge, a circuit optimized to create high densities of metastable atoms, with long lifetimes, without creating additional technical noise due to this discharge or its excitation means.
  • the invention thus relates to a cell for an optically pumped magnetometer, which comprises an enclosure containing a gas and a circuit for exciting a plasma in the enclosure.
  • the magnetometer is preferably a miniature magnetometer, the enclosure then having a characteristic dimension (diameter if it is a sphere, side if it is a cube, diameter and height if it is a cylinder) between 3 mm and 3 cm, preferably between 5 mm and 2 cm.
  • the gas may be helium-4.
  • the plasma excitation circuit in the enclosure comprises one or more elements made of electrically conductive material arranged relative to the enclosure so as to allow the application of an electric discharge to the gas contained in the enclosure.
  • This circuit is powered by an RF radiofrequency generator, for example in the 10-100 MHz range.
  • the amount of conductive material placed near the sensitive element is limited so that the conductance of the excitation circuit is less than 8000 Siemens, preferably less than 5000 Siemens, even more preferably less than 1500 Siemens. By reducing this conductance to values less than 8000 Siemens, it becomes possible to exceed the best sensitivities previously obtained on miniature helium magnetometers.
  • this conductance Qtotai of the excitation circuit is defined as the sum of the conductance Q of each of the element(s) made of electrically conductive material.
  • its conductance Qtotai corresponds to that of the element made of electrically conductive material.
  • its conductance Qtotai corresponds to the sum of the individual conductances of each of the elements made of electrically conductive material.
  • the excitation circuit is capacitively coupled to the cell, the electrically conductive material element(s) consisting of two electrodes.
  • Each of the electrodes may consist of a ring of electrically conductive material which surrounds the enclosure, according to the arrangement disclosed in [3] but with a conductance in accordance with the invention.
  • each of the electrodes can consist of a deposit of electrically conductive material on the enclosure.
  • each of the electrodes may consist of an impression of electrically conductive material on a dielectric film, this film being attached, for example by gluing, to the enclosure.
  • the dielectric film is preferably a flexible film.
  • the excitation circuit is inductively coupled to the enclosure, the electrically conductive material element(s) consisting of a coil wound in multiple loops around the cell.
  • the coil may be a solenoid or may constitute the helix of a helical resonator.
  • the invention extends to an optically pumped magnetometer comprising a cell as previously described as well as to a magnetoencephalography helmet, comprising a plurality of magnetometers according to the invention.
  • such an optically pumped magnetometer is provided with a cell which comprises an enclosure 1 filled with an atomic gas, for example helium-4, subjected to an ambient magnetic field BO whose projection onto three rectangular coordinate axes defines three components.
  • an atomic gas for example helium-4
  • such a magnetometer can be based on a chamber filled with high purity helium-4.
  • This chamber can have a characteristic dimension between 3 mm and 3 cm (diameter if it is a sphere, side if it is a cube, diameter and height if it is a cylinder). It is filled with helium, at a pressure depending on its size, which typically can be 10 Torr for a 1 cm cylindrical cell.
  • the cell is illuminated by an optical pumping source 2 capable of emitting towards the cell 1 a beam of light F, for example a laser beam, tuned to a pumping wavelength (this beam is thus also referred to as a pump beam).
  • the pumping wavelength is set to an atomic transition line, for example to the DO line at 1083 nm in the case of helium-4.
  • the magnetometer also includes a plasma excitation circuit in the enclosure which includes one or more conductive elements as previously described. described. This excitation circuit is coupled to HF generator 4 and to overvoltage coils
  • electrodes are arranged on the outer surface of the enclosure in order to capacitively ignite and maintain a plasma discharge in the helium gas. This discharge makes it possible to populate the 2 3 Sq state which is the one used for the magnetic measurement.
  • these electrodes 11 may for example be produced by a flexible electronics process, consisting of the lithography of a conductive material track 12 (for example a 35 micron thick copper layer) by forming a pattern, for example in the shape of a fork.
  • the teeth of the fork may be sized to fit the outer surface of a cylindrical enclosure over its entire height.
  • These teeth are arranged on a rectangular portion 13 of a flexible dielectric film, this rectangular portion possibly having dimensions of 11 mm x 6 mm.
  • these electrodes can be made by depositing a thin layer of conductive material on the outer surface of the enclosure (for example a 1 micron thick copper layer) by a physical vapor deposition process, such as evaporation or sputtering.
  • a physical vapor deposition process such as evaporation or sputtering.
  • the separation between the two electrodes is provided before making the deposit by arranging masking elements, such as scotch tape.
  • the resumption of contact on the thin layers is also provided and can be carried out for example by ultrasonic micro-welding processes, or by welding on a drop of silver lacquer.
  • the elements are connected to the radiofrequency field generator 4, typically in the range 10-100 MHz. It is advantageous to have an impedance matching circuit between these electrodes and the RF generator in order to reduce the power reflections caused by too great an impedance mismatch.
  • This circuit is made by means of the surge coils 5, for example two air core coils, with an inductance of a few tens of pH.
  • Such an impedance matching can make it possible to ignite the discharge with powers of the order of 200 mW and maintain it with powers of the order of 10 mW. Once the discharge is ignited, a substantial population of atoms in the cell is brought to the 2 3 Sq state which allows a magnetic measurement to be carried out according to different configurations well known in the field, and reported for example in the article [5],
  • One of the possible operating modes of the magnetometer consists in crossing the cell with a collimated laser beam, linearly polarized by means of a polarizer 3 and tuned to the DO line of helium-4.
  • This beam comes from a laser 2 with excellent amplitude stability, characterized by a relative noise RIN ("Relative Intensity Noise”) dominated by photon noise at powers of the order of 1 mW. It must also have a very low phase noise.
  • fiber lasers as well as lasers allow the best measurement performances to be achieved.
  • This beam is photodetected after its passage through the cell.
  • a radiofrequency field at a frequency of for example 40 kHz, is applied to the cell in a direction orthogonal to that of the polarization of the light.
  • a signal then appears in the photodetection spectrum at 40 kHz which, in a range of a few tens of nT around the zero field, allows a measurement of the component of the magnetic field parallel to the direction of the applied radiofrequency field.
  • the synchronous detection of this signal makes it possible to measure a component of the magnetic field.
  • the intrinsic noise of the sensor then corresponds to the noise obtained at the output of synchronous detection, the sources of which can be diverse. In the case described here, this noise is limited by the photon noise of the laser light used to produce the light, and it corresponds in magnetic units to values between 20 and 30 fî/sqrt(Hz), which is more advantageous than the noise levels obtained previously.
  • the magnetometer can thus comprise a parametric resonance excitation circuit which comprises a radiofrequency generator 8 which powers Helmholtz coils 7 of orthogonal axes which surround the cell in order to generate a parametric resonance excitation magnetic field, also referred to as a radiofrequency magnetic field.
  • the magnetometer further comprises a parametric resonance detection device 6 configured to measure the absorption of the light beam by the atomic gas and a photodetector 10 arranged to receive the beam. of light having passed through the cell and deliver a photodetection signal to said parametric resonance detection device 6.
  • the magnetometer may also comprise a closed-loop servo system of the magnetometer to constantly subject the sensitive element to a zero total magnetic field.
  • the servo system comprises a regulator 9 coupled to the detection device 6 and which injects a current into the Helmholtz coils 7 in order to generate a compensation magnetic field Bc such that the sum Bc+BO is maintained at zero permanently.
  • the magnetometer may be operated in open loop, without compensation for the ambient field.
  • Electrodes with larger volumes than the electrodes described below but made from materials that are less good electrical conductors than copper and aluminum, for example transition metals such as Nb and Mo, alloys such as CuAI, AgCu, AuAg, or semiconductors such as Si or Ge.
  • transition metals such as Nb and Mo
  • alloys such as CuAI, AgCu, AuAg
  • semiconductors such as Si or Ge.
  • an inductive ignition can be achieved using a solenoid or a helical resonator with a diameter less than or equal to 3 cm for example, and achieved:
  • This example uses the cell described in [2] (100 mm3 cell in the form of a cylinder 5 mm in diameter and height), electrodes in the form of fragments of copper tape (from the manufacturer 3M reference 3313, 35 microns thick) of 4*4 mm each glued to the outer surface of the cell, and connected to the RF generator by wires welded to these copper elements.
  • the quantity Qtotai, neglecting the metal of the welds is worth 10700 Siemens.
  • the unaccounted noise component resulting from measurements in low-field measurement configuration is of the order of 120 fT/sqrt(Hz).
  • This example uses a larger cell (1 cm diameter and 1 cm long cylinder), also described in [2].
  • the electrodes are pieces of copper tape (from the manufacturer 3M reference 3313, 35 microns thick) of 1 x 0.9 cm each glued to the outer surface of the cell, and connected to the RF generator by wires welded to these copper elements.
  • the quantity Qtotai, neglecting the metal of the welds, is worth 13000 Siemens.
  • the uncomprehended noise component resulting from measurements in low-field measurement configuration is of the order of 100 fî/sqrt(Hz).
  • This example uses ring electrodes such as those described in [3] and [4], each consisting of a 1 cm diameter loop made of 315 micron diameter copper wire.
  • the quantity Qtotai is 11700 Siemens.
  • the unaccounted noise component resulting from measurements in the low-field measurement configuration is of the order of 77 fî/sqrt(Hz).
  • This example uses thin-film electrodes (formed by a copper deposit) 1 micron thick, deposited by evaporation, with a masking allowing it to have the shape of a 1 x 1 cm rectangle on the lateral faces of a cylindrical cell. These electrodes are connected to the RF generator by an ultrasonically micro-welded wire.
  • the quantity Qtotai neglecting the metal of the welds, is 920 Siemens.
  • the unexplained noise is less than 19 fî/sqrt(Hz), with a high uncertainty due to its lower power than that of the photon noise during the experiment (30 fî/sqrt(Hz)).
  • This example exploits thin electrodes made on a flexible polymer such as Kapton by lithography processes well known in the field of flexible electronics, with a track width of 150 microns and a copper thickness of 18 microns.
  • the quantity Qtotai is 1170 Siemens.
  • the unexplained noise is 16 fî/sqrt(Hz), with a high uncertainty due to its low power compared to that of the photon noise during the experiment (25 fT/sqrt(Hz)).
  • This example uses electrodes such as those in example 2 but made with a 100 micron wire.
  • the quantity Qtotai is 1200 Siemens.
  • the unaccounted noise component resulting from measurements in low-field measurement configuration is of the order of 25 fî/sqrt(Hz).
  • This example uses an inductive ignition method consisting of an inductive coil with a 150 micron wire wrapped 6 times around the cell with a diameter of 2 cm.
  • the quantity Qtotai is 7900 Siemens.
  • the unaccounted noise component resulting from measurements in low-field measurement configuration is of the order of 32 fî/sqrt(Hz).

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne une cellule pour magnétomètre à pompage optique, comportant : - une enceinte renfermant un gaz; et - un circuit d'excitation d'un plasma dans l'enceinte, qui comprend un ou plusieurs éléments en matériau électriquement conducteur (11) agencés de manière à appliquer une décharge électrique au gaz renfermé dans l'enceinte. Une conductance du circuit d'excitation est inférieure à 8000 Siemens. Cette conductance est définie comme la somme de la conductance de chacun du ou des éléments en matériau électriquement conducteur où la conductance d'un élément en matériau électriquement conducteur correspond à la conductivité du matériau électriquement conducteur pondérée par le ratio entre le volume de matériau électriquement conducteur dudit élément et le carré de la distance entre ledit élément et le centre de la cellule.

Description

Cellule de magnétomètre à pompage optique
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui des magnétomètres à pompage optique.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les magnétomètres à pompage optique utilisent des gaz atomiques confinés dans une cellule, typiquement de l'hélium métastable ou des gaz d'alcalins, en tant qu'élément sensible. Ces magnétomètres, qui peuvent prendre différentes configurations, permettent de remonter au champ magnétique en exploitant les trois processus suivants qui ont lieu de façon soit séquentielle soit concomitante :
1) L'utilisation de sources de lumière polarisée, typiquement des lasers, permet de préparer des états atomiques caractérisés par une certaine orientation ou alignement de leurs spins. Ce processus reçoit le nom de « pompage optique » dans le domaine.
2) Ces états atomiques évoluent sous l'effet du champ magnétique, notamment sous l'effet Zeeman qui correspond à des décalages des niveaux d'énergie en fonction du champ magnétique auquel sont soumis les atomes.
3) Les propriétés optiques du milieu atomique subissent alors des modifications qui dépendent de l'état des atomes. On peut ainsi par une mesure optique, par exemple par une mesure d'absorption optique, remonter au décalage Zeeman subi, et en déduire une mesure du champ magnétique dans lequel est plongée la cellule.
La sensibilité, aussi appelée bas bruit intrinsèque, atteignable avec de tels magnétomètres à pompage optique est remarquable et nettement plus favorable que celle de la plupart des autres technologies de mesure magnétique (fluxgate, effet Hall, magnétorésistance, etc.). Seul le magnétomètre de type SQUID possède un bruit semblable, mais il requiert un refroidissement cryogénique de l'élément sensible, qui contient des éléments nécessitant d'être supraconducteurs pour son fonctionnement, ce qui restreint son champ d'application pratique.
La mesure des champs magnétiques est utile pour différentes applications, notamment la caractérisation des courants électriques circulant dans le corps humain permettant par exemple de comprendre et diagnostiquer différentes pathologies du cerveau et du cœur. Dans une telle utilisation pour des mesures sur le corps humain, il est avantageux de disposer non pas d'un seul magnétomètre, mais d'un réseau dense de magnétomètres permettant d'obtenir une bonne résolution spatiale. Cela requiert que les magnétomètres soient d'une taille latérale suffisamment réduite (il est alors habituel de parler de magnétomètres « miniatures »). Comme il s'agit dans ces techniques d'imagerie biomagnétique d'imager l'intérieur du corps humain où les sources magnétiques sont typiquement à une distance de un à quelques centimètres de la surface du corps, l'idéal est de disposer de magnétomètres de taille semblable à cette distance, présentant ainsi typiquement une taille latérale comprise entre 3 mm et 3 cm.
Les magnétomètres à pompage optique des alcalins de taille latérale centimétrique et compatibles avec une mise en réseau atteignent aujourd'hui des sensibilités proches de 10 fT/sqrt(Hz). Cette sensibilité peut être comprise comme le « bruit intrinsèque » que le fonctionnement du magnétomètre vient ajouter au signal mesuré. Il provient de différents phénomènes, notamment le bruit de la lumière utilisée pour mesurer les états atomiques, qui, dans le meilleur des cas, présente des fluctuations quantiques aussi appelées « bruit de photons » ou « bruit de grenaille optique ».
Dans le cas de magnétomètres à pompage optique de l'hélium métastable, des sensibilités de l'ordre de 50 fT/sqrt(Hz) ont été rapportées dans l'article [1] listé ci-après. Une telle sensibilité n'est pas aussi favorable que le cas des magnétomètres alcalins. Toutefois, les magnétomètres à pompage optique de l'hélium métastable présentent des nombreux autres avantages pratiques. Notamment, ils n'ont pas besoin d'un chauffage pour fonctionner. Ils présentent par ailleurs une bande passante nettement plus étendue.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a pour objectif de réduire le bruit intrinsèque des magnétomètres à pompage optique de l'hélium métastable
A cet effet, l'invention propose une cellule pour magnétomètre à pompage optique, comportant : une enceinte renfermant un gaz ; et un circuit d'excitation d'un plasma dans l'enceinte, qui comprend un ou plusieurs éléments en matériau électriquement conducteur agencés par rapport à l'enceinte de manière à permettre l'application d'une décharge électrique au gaz renfermé dans l'enceinte.
Une conductance du circuit d'excitation est définie comme la somme de la conductance de chacun du ou des éléments en matériau électriquement conducteur où la conductance d'un élément en matériau électriquement conducteur correspond à la conductivité du matériau électriquement conducteur pondérée par le ratio entre le volume de matériau électriquement conducteur dudit élément et le carré de la distance entre ledit élément et le centre de la cellule. Selon l'invention, la conductance du circuit d'excitation est inférieure à 8000 Siemens, de préférence inférieure à 5000 Siemens, encore plus de préférence inférieure à 1500 Siemens.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de cette cellule sont les suivants : l'enceinte présente une dimension caractéristique comprise entre 3 mm et 3 cm, de préférence comprise entre 5 mm et 2 cm ; le circuit d'excitation est couplé capacitivement à la cellule, le ou les éléments en matériau électriquement conducteur consistant en deux électrodes ; chacune des électrodes est constituée d'un anneau de matériau électriquement conducteur qui entoure l'enceinte ; chacune des électrodes est constituée d'un dépôt de matériau électriquement conducteur sur l'enceinte ; chacune des électrodes est constituée d'une impression de matériau électriquement conducteur sur un film diélectrique rapporté sur l'enceinte ; le film diélectrique est flexible ; le circuit d'excitation est couplé inductivement à l'enceinte, le ou les éléments en matériau électriquement conducteur consistant en une bobine enroulée en plusieurs boucles autour de la cellule ; la bobine est un solénoïde ; la bobine est une hélice d'un résonateur hélicoïdal. L'invention vise également un magnétomètre à pompage optique comprenant une cellule selon l'invention ainsi qu'un casque de magnétoencéphalographie, comprenant une pluralité de magnétomètres selon l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 un schéma d'un magnétomètre intégrant une cellule conforme à l'invention ; la figure 2 est un exemple d'électrode déposée sur un film diélectrique flexible selon un motif en fourche.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Contrairement aux magnétomètres à pompage optique des alcalins, les magnétomètres à pompage optique de l'hélium métastable sont basés sur un état atomique qui n'est pas l'état fondamental (l1So en notation spectroscopique pour l'hélium- 4), mais un état excité, en l'occurrence l'état métastable triplet (noté 23Si pour l'hélium-4). Pour que le magnétomètre puisse fonctionner, cet état doit être peuplé. Cela est habituellement obtenu en utilisant une décharge électrique fonctionnant dans le domaine des hautes fréquences, typiquement entre 1 MHz et 100 MHz. Cette décharge crée un plasma à l'intérieur de la cellule dans lequel des collisions de forte énergie entre atomes et électrons permet d'exciter une partie des atomes à l'état métastable. Différentes stratégies pour amorcer et maintenir cette décharge plasma sont utilisables :
• Un circuit de décharge couplé capacitivement, constitué par deux électrodes placées de part et d'autre de la cellule de gaz ; ou
• Un circuit de décharge couplé inductivement, constitué par un solénoïde situé de manière à ce que le flux magnétique qu'il crée soit en partie appliqué au gaz placé à l'intérieur de la cellule. Une variante consiste en un résonateur hélicoïdal connecté à un générateur uniquement à l'une de ses extrémités et faisant face à un plan de masse. Pour certaines fréquences, ce résonateur se comporte comme un solénoïde, avec des avantages en termes d'adaptation d'impédances au générateur.
Pour les applications de mesure sur le corps humain, il est préférable que le magnétomètre soit de taille réduite. Idéalement il faut pour cela que les éléments du magnétomètre autres que l'élément sensible (notamment l'élément capacitif ou inductif qui permet l'allumage et le maintien du plasma) soient peu encombrants et qu'ils puissent être situés au voisinage immédiat de cet élément sensible, de manière à ce que l'encombrement global du capteur soit seulement très légèrement supérieur à l'encombrement de l'élément sensible qu'il contient. Les électrodes capacitives sont en ce sens intéressantes, ainsi qu'un circuit inductif comprenant une bobine de diamètre très légèrement supérieur à celui de la cellule d'hélium.
Une étude sur les régimes de décharge optimaux pour obtenir un signal de magnétométrie de forte amplitude a été menée et est publiée dans la thèse de J. Rutkowski [2], pour des cellules de 5 mm et 1 cm de dimension caractéristique et des électrodes consistant en des fragments de scotch cuivre.
D'autres électrodes capacitives sont évoquées dans la littérature, notamment des électrodes constituées de deux (ou plus) anneaux qui entourent la cellule. Ces électrodes sont évoquées notamment dans la thèse de Marie-Constance Corsi [3], qui mentionne un fil « plus épais » que celui servant à connecter le scotch cuivre (qui est de 0.1 mm). La demande de brevet [4] associée à ces travaux divulgue un diamètre de fil de 315 microns.
En plus d'obtenir un fort signal de magnétométrie, il est souhaitable également que le bruit intrinsèque du magnétomètre soit limité à ses composantes inévitables, notamment le bruit de photons, ce qui se produit lorsque d'autres bruits techniques (bruit de courant dans le laser, par exemple) deviennent négligeables. Or le bruit de photons pouvant être calculé, la Demanderesse a pu constater qu'il existait encore des bruits techniques, de nature inconnue, qui limitaient le bruit total du capteur. La Demanderesse a suspecté que ce bruit technique était en lien avec les électrodes, ce qui est maintenant avéré comme il sera décrit plus bas. La Demanderesse a ainsi pu montrer que dans le cas de capteurs basés sur le pompage optique de l'hélium métastable, les électrodes en scotch cuivre utilisées traditionnellement (épaisseur entre 35 et 100 microns) ainsi que les électrodes en boucles de fil épais utilisées également de par le passé (épaisseur de 315 ou 500 microns) introduisent un bruit magnétique significatif, qui, pour des capteurs optimisés, devient le bruit limitant du capteur.
Elle a par ailleurs constaté qu'il est possible de réduire fortement cette contribution de bruit, en atteignant ainsi des niveaux de sensibilité plus favorable qu'auparavant, en limitant drastiquement la quantité de matière conductrice qui constitue le moyen d'excitation de la décharge plasma (électrodes ou circuit de décharge inductive) placé à proximité de la cellule de mesure.
Forte de ce constat, la Demanderesse propose une cellule pour magnétomètre à pompage optique dotée d'un circuit d'excitation d'un plasma dans une enceinte qui renferme un gaz atomique au moyen d'une décharge électrique, circuit optimisé pour créer de fortes densités d'atomes métastables, avec des temps de vie longs, sans créer de bruit technique additionnel du fait de cette décharge ou de ses moyens d'excitation.
L'invention porte ainsi sur une cellule pour magnétomètre à pompage optique, qui comporte une enceinte renfermant un gaz et un circuit d'excitation d'un plasma dans l'enceinte.
Le magnétomètre est de préférence un magnétomètre miniature, l'enceinte présentant alors une dimension caractéristique (diamètre s'il s'agit d'une sphère, côté s'il s'agit d'un cube, diamètre et hauteur s'il s'agit d'un cylindre) comprise entre 3 mm et 3 cm, de préférence comprise entre 5 mm et 2 cm.
Le gaz peut être de l'hélium-4.
Le circuit d'excitation d'un plasma dans l'enceinte comprend un ou plusieurs éléments en matériau électriquement conducteur agencés par rapport à l'enceinte de manière à permettre l'application d'une décharge électrique au gaz renfermé dans l'enceinte. Ce circuit est alimenté par un générateur radiofréquence RF, par exemple dans la gamme 10-100 MHz. Selon l'invention, la quantité de matière conductrice placée à proximité de l'élément sensible est limitée pour que la conductance du circuit d'excitation soit inférieure à 8000 Siemens, de préférence inférieure à 5000 Siemens, encore plus de préférence inférieure à 1500 Siemens. En réduisant cette conductance à des valeurs inférieures à 8000 Siemens, il devient en effet possible de dépasser les meilleures sensibilités obtenues antérieurement sur des magnétomètres hélium miniatures.
Dans le cadre de l'invention, cette conductance Qtotai du circuit d'excitation est définie comme la somme de la conductance Q de chacun du ou des éléments en matériau électriquement conducteur. En d'autres termes, lorsque le circuit d'excitation compte un seul élément en matériau électriquement conducteur, sa conductance Qtotai correspond à celle de l'élément en matériau électriquement conducteur. Et lorsque le circuit d'excitation compte plusieurs éléments en matériau électriquement conducteur, sa conductance Qtotai correspond à la somme des conductances individuelles de chacun des éléments en matériau électriquement conducteur
La conductance d'un élément en matériau électriquement conducteur correspondant à la conductivité a du matériau électriquement conducteur (en Siemens/m) pondérée par le ratio entre le volume V de matériau électriquement conducteur dudit élément (en m3) et le carré de la distance a (en m) entre ledit élément et le centre de la
Figure imgf000008_0001
cellule, soit Q = a * Ainsi, lorsque le circuit d'excitation comprend plusieurs éléments
Figure imgf000008_0002
en matériau électriquement conducteur (deux électrodes par exemple), sa conductance Qtotai correspond à la somme de la conductance Q des différents éléments.
Dans un mode de réalisation possible, le circuit d'excitation est couplé capacitivement à la cellule, le ou les éléments en matériau électriquement conducteur consistant en deux électrodes.
Chacune des électrodes peut être constituée d'un anneau de matériau électriquement conducteur qui entoure l'enceinte, selon la disposition divulguée dans [3] mais avec une conductance conforme à l'invention.
Dans une première variante, chacune des électrodes peut être constituée d'un dépôt de matériau électriquement conducteur sur l'enceinte. Dans une deuxième variante, chacune des électrodes peut être constituée d'une impression de matériau électriquement conducteur sur un film diélectrique, ce film étant rapporté, par exemple par collage, sur l'enceinte. Le film diélectrique est de préférence un film flexible.
Dans un autre mode de réalisation possible, le circuit d'excitation est couplé inductivement à l'enceinte, le ou les éléments en matériau électriquement conducteur consistant en une bobine enroulée en plusieurs boucles autour de la cellule.
La bobine peut être un solénoïde ou peut constituer l'hélice d'un résonateur hélicoïdal.
L'invention s'étend à un magnétomètre à pompage optique comprenant une cellule telle que précédemment décrite ainsi qu'à un casque de magnétoencéphalographie, comprenant une pluralité de magnétomètres selon l'invention.
En référence à la figure 1, un tel magnétomètre à pompage optique est doté d'une cellule qui comprend une enceinte 1 remplie d'un gaz atomique, par exemple de l'hélium- 4, soumis à un champ magnétique ambiant BO dont la projection sur trois axes de coordonnées rectangulaires en définit trois composantes.
A titre d'exemple, un tel magnétomètre peut être basé sur une enceinte remplie d'hélium-4 de haute pureté. Cette enceinte peut présenter une dimension caractéristique comprise entre 3 mm et 3 cm (diamètre s'il s'agit d'une sphère, côté s'il s'agit d'un cube, diamètre et hauteur s'il s'agit d'un cylindre). Elle est remplie d'hélium, à une pression dépendant de sa taille, qui typiquement peut être de 10 Torr pour une cellule cylindrique de 1 cm.
La cellule est éclairée par une source de pompage optique 2 apte à émettre en direction de la cellule 1 un faisceau de lumière F, par exemple un faisceau laser, accordé à une longueur d'onde de pompage (ce faisceau est ainsi également désigné par faisceau de pompe). La longueur d'onde de pompage est calée sur une raie de transition atomique, par exemple sur la raie DO à 1083 nm dans le cas de l'hélium-4.
Le magnétomètre comporte par ailleurs un circuit d'excitation d'un plasma dans l'enceinte qui comprend un ou plusieurs éléments conducteurs tels que précédemment décrit. Ce circuit d'excitation est couplé à générateur HF 4 et à des bobines de surtension
5.
Dans une réalisation possible, des électrodes sont agencées sur la surface extérieure de l'enceinte afin d'allumer et maintenir capacitivement une décharge plasma dans le gaz d'hélium. Cette décharge permet de peupler l'état 23Sq qui est celui utilisé pour la mesure magnétique.
Comme cela est représenté sur la figure 2, ces électrodes 11 peuvent par exemple être réalisées par un procédé d'électronique flexible, consistant à la lithographie d'une piste de matériau conducteur 12 (par exemple une couche de cuivre de 35 microns d'épaisseur) en formant un motif, par exemple en forme de fourche. Les dents de la fourche peuvent être dimensionnées pour épouser la surface extérieure d'une enceinte cylindrique sur toute sa hauteur. Ces dents sont agencées sur une partie rectangulaire 13 d'un film diélectrique flexible, cette partie rectangulaire pouvant présenter des dimensions de 11 mm x 6 mm.
Alternativement, ces électrodes peuvent être réalisées par le dépôt d'une couche mince de matériau conducteur sur la surface extérieure de l'enceinte (par exemple une couche de cuivre de 1 micron d'épaisseur) par un procédé de dépôt physique par phase vapeur, tel que l'évaporation ou la pulvérisation cathodique. Dans ce cas, la séparation entre les deux électrodes est prévue avant de réaliser le dépôt en disposant des éléments de masquage, tels que du scotch. La reprise de contact sur les couches minces est également prévue et peut être réalisée par exemple par des procédés de micro-soudure à ultrasons, ou bien par une soudure sur une goutte de laque à l'argent.
Dans tous ces cas, les éléments sont connectés au générateur 4 de champ radiofréquence, typiquement dans la gamme 10-100 MHz. Il est avantageux de disposer un circuit d'adaptation d'impédance entre ces électrodes et le générateur RF afin de réduire les réflexions de puissance causées par une trop forte désadaptation d'impédance. Ce circuit est réalisé au moyen des bobines de surtension 5, par exemple deux bobines de cœur air, avec une inductance de quelques dizaines de pH. Une telle adaptation d'impédance peut permettre d'allumer la décharge avec des puissances de l'ordre de 200 mW et la maintenir avec des puissances de l'ordre de 10 mW. Une fois la décharge allumée, une population substantielle d'atomes de la cellule est portée à l'état 23Sq qui permet de réaliser une mesure magnétique selon différentes configurations bien connues dans le domaine, et rapportées par exemple dans l'article [5],
Un des modes opératoires possibles du magnétomètre consiste à traverser la cellule avec un faisceau laser collimaté, polarisé linéairement au moyen d'un polariseur 3 et accordé sur la raie DO de l'hélium-4. Ce faisceau provient provenir d'un laser 2 présentant une excellente stabilité d'amplitude, caractérisée par un bruit relatif RIN (« Relative Intensity Noise ») dominé par le bruit de photons à des puissances de l'ordre de 1 mW. Il doit également présenter un bruit de phase très faible. Parmi les technologies de laser répondant à ce besoin, les laser fibre ainsi que les lasers à permettent d'atteindre les meilleures performances de mesure.
Ce faisceau est photodétecté après son passage dans la cellule. En complément, un champ radiofréquence, à une fréquence de par exemple 40 kHz, est appliqué à la cellule dans une direction orthogonale à celle de la polarisation de la lumière. Il apparaît alors un signal dans le spectre de photodétection à 40 kHz qui, dans une gamme de quelques dizaines de nT autour du champ nul, permet une mesure de la composante du champ magnétique parallèle à la direction du champ radiofréquence appliqué. La détection synchrone de ce signal permet de mesurer une composante du champ magnétique. Le bruit intrinsèque du capteur correspond alors au bruit obtenu en sortie de détection synchrone, dont les sources peuvent être diverses. Dans le cas décrit ici, ce bruit est limité par la bruit de photons de la lumière laser utilisée pour réaliser la lumière, et il correspond en unités magnétiques à des valeurs comprises entre 20 et 30 fî/sqrt(Hz), ce qui est plus avantageux que les niveaux de bruit obtenus précédemment.
Le magnétomètre peut ainsi comprendre un circuit d'excitation de résonances paramétriques qui comporte un générateur de radiofréquence 8 qui alimente des bobines d'Helmholtz 7 d'axes orthogonaux qui entourent la cellule afin de générer un champ magnétique d'excitation des résonances paramétriques, également désigné par champ magnétique radiofréquence. Le magnétomètre comprend par ailleurs un dispositif de détection de résonances paramétriques 6 configuré pour mesurer l'absorption du faisceau de lumière par le gaz atomique et un photodétecteur 10 agencé pour recevoir le faisceau de lumière ayant traversé la cellule et délivrer un signal de photodétection audit dispositif de détection de résonances paramétriques 6.
Le magnétomètre peut également comprendre un système d'asservissement en boucle fermé du magnétomètre pour venir constamment soumettre l'élément sensible à un champ magnétique total nul. Le système d'asservissement comprend un régulateur 9 couplé au dispositif de détection 6 et qui injecte un courant dans les bobines de Helmholtz 7 afin de générer un champ magnétique de compensation Bc tel que la somme Bc+BO est maintenue à zéro en permanence. Alternativement, le magnétomètre peut être opéré en boucle ouverte, sans compensation du champ ambiant.
On notera que le bruit étant lié à la conductance des éléments conducteurs du circuit d'excitation, il est possible d'utiliser des électrodes présentant des volumes plus importants que celui des électrodes décrites ci-après mais réalisées dans des matériaux moins bons conducteurs électriques que le cuivre et l'aluminium, par exemple des métaux de transition tels que Nb et Mo, des alliages tels que CuAI, AgCu, AuAg, ou des semiconducteurs tels que Si ou le Ge.
Dans une autre réalisation possible, un allumage inductif peut être réalisé en utilisant un solénoïde ou un résonateur hélicoïdal de diamètre inférieur ou égal à 3 cm par exemple, et réalisé :
° soit avec un fil de cuivre de diamètre typiquement inférieur à 300 microns ;
° soit avec un fil plus épais, réalisé en un matériau présentant une conductivité plus faible que celle du cuivre ou de l'aluminium, notamment réalisé dans les matériaux listés ci-dessus pour le cas d'électrodes capacitives.
Exemples comparatifs
• Exemple la : selon l'art antérieur
Cet exemple exploite la cellule décrite dans [2] (cellule de 100 mm3 sous la forme d'un cylindre de 5 mm de diamètre et de hauteur), des électrodes sous la forme de fragments de scotch cuivre (du fabriquant 3M référence 3313, d'une épaisseur de 35 microns) de 4*4 mm chacune collés sur la surface extérieure de la cellule, et connectés au générateur RF par des fils soudés sur ces éléments en cuivre. La grandeur Qtotai, en négligeant le métal des soudures vaut 10700 Siemens. La composante de bruit incompris qui résulte des mesures en configuration de mesure bas champ est de l'ordre de 120 fT/sqrt(Hz).
• Exemple lb : selon l'art antérieur
Cet exemple exploite une cellule de taille plus grande (cylindre de 1 cm de diamètre et 1 cm de long), également décrite dans [2], Les électrodes sont des fragments de scotch cuivre (du fabriquant 3M référence 3313, d'une épaisseur de 35 microns) de 1 x 0,9 cm chacune collées sur la surface extérieure de la cellule, et connectées au générateur RF par des fils soudés sur ces éléments en cuivre. La grandeur Qtotai, en négligeant le métal des soudures vaut 13000 Siemens. La composante de bruit incompris qui résulte des mesures en configuration de mesure bas champ est de l'ordre de 100 fî/sqrt(Hz).
• Exemple 2 (état de l'art antérieur)
Cet exemple exploite des électrodes en anneau telles que celles décrites dans [3] et [4], chacune composée d'une boucle de 1 cm de diamètre réalisée avec du fil de cuivre d'un diamètre de 315 microns. La grandeur Qtotai vaut 11700 Siemens. La composante de bruit incompris qui résulte des mesures en configuration de mesure bas champ est de l'ordre de 77 fî/sqrt(Hz).
• Exemple 3 (selon l'invention)
Cet exemple exploite des électrodes en couches minces (formées par un dépôt de cuivre) d'épaisseur de 1 micron, déposé par évaporation, avec un masquage permettant qu'il ait la forme d'un rectangle de 1 x 1 cm sur les faces latérales d'une cellule cylindrique. Ces électrodes sont connectées au générateur RF par un fil micro-soudé aux ultrasons. La grandeur Qtotai, en négligeant le métal des soudures vaut 920 Siemens. Le bruit non expliqué est inférieur à 19 fî/sqrt(Hz), avec une forte incertitude du fait de sa puissance plus faible de celle du bruit de photons lors de l'expérience (30 fî/sqrt(Hz)).
• Exemple 4 (selon l'invention)
Cet exemple exploite des électrodes fines réalisées sur un polymère flexible tel que le kapton par des procédés de lithographie bien connus dans le domaine de l'électronique flexible, avec une largeur de piste de 150 microns et une épaisseur de cuivre de 18 microns. La grandeur Qtotai vaut 1170 Siemens. Le bruit non expliqué est de 16 fî/sqrt(Hz), avec une forte incertitude du fait de sa faible puissance comparée à celle du bruit de photons lors de l'expérience (25 fT/sqrt(Hz)).
• Exemple 5 (selon l'invention)
Cet exemple exploite des électrodes telles que celles de l'exemple 2 mais réalisées avec un fil de 100 microns. La grandeur Qtotai vaut 1200 Siemens. La composante de bruit incompris qui résulte des mesures en configuration de mesure bas champ est de l'ordre de 25 fî/sqrt(Hz).
• Exemple 6 (selon l'invention)
Cet exemple exploite un moyen d'allumage inductif consistant en une bobine inductive avec un fil de 150 microns entouré 6 fois autour de la cellule avec un diamètre de 2 cm. La grandeur Qtotai vaut 7900 Siemens. La composante de bruit incompris qui résulte des mesures en configuration de mesure bas champ est de l'ordre de 32 fî/sqrt(Hz).
Références
[1] W. Fourcault et al., "Helium-4 magnetometers for room-temperature biomédical imaging: toward collective operation and photon-noise limited sensitivity," Opt. Express, vol. 29, no. 10, pp. 14467-14475, May 2021, doi: 10.1364/OE.420031.
[2] J. Rutkowski, "Study and realization of a miniature isotropic helium magnetometer," Université de Franche Comté, 2014.
[3] M.-C. Corsi, "Magnétomètres à pompage optique à Hélium 4 : développement et preuve de concept en magnétocardiographie et en magnétoencéphalographie," phdthesis, Université Grenoble Alpes, 2015. Accessed: Apr. 20, 2021. [Online], Available: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01233850
[4] FR 3 035 769 Al
[5] G. Le Gal, L.-L. Rouve, and A. Palacios-Laloy, "Parametric resonance magnetometer based on elliptically polarized light yielding three-axis measurement with isotropic sensitivity," Appl. Phys. Lett., vol. 118, no. 25, p. 254001, Jun. 2021, doi: 10.1063/5.0047124.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cellule pour magnétomètre à pompage optique, comportant : une enceinte (1) renfermant un gaz ; et un circuit d'excitation d'un plasma dans l'enceinte, qui comprend un ou plusieurs éléments en matériau électriquement conducteur (11) agencés de manière à appliquer une décharge électrique au gaz renfermé dans l'enceinte, caractérisée en ce qu'une conductance du circuit d'excitation, définie comme la somme de la conductance de chacun du ou des éléments en matériau électriquement conducteur où la conductance d'un élément en matériau électriquement conducteur correspond à la conductivité du matériau électriquement conducteur pondérée par le ratio entre le volume de matériau électriquement conducteur dudit élément et le carré de la distance entre ledit élément et le centre de la cellule, est inférieure à 8000 Siemens.
2. Cellule selon la revendication 1, dans laquelle la conductance du circuit d'excitation est inférieure à 5000 Siemens, de préférence inférieure à 1500 Siemens.
3. Cellule selon la revendication 1, dans laquelle l'enceinte présente une dimension caractéristique comprise entre 3 mm et 3 cm, de préférence comprise entre 5 mm et 2 cm.
4. Cellule selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le circuit d'excitation est couplé capacitivement à la cellule, le ou les éléments en matériau électriquement conducteur consistant en deux électrodes.
5. Cellule selon la revendication 4, dans laquelle chacune des électrodes est constituée d'un anneau de matériau électriquement conducteur qui entoure l'enceinte.
6. Cellule selon la revendication 4, dans laquelle chacune des électrodes est constituée d'un dépôt de matériau électriquement conducteur sur l'enceinte.
7. Cellule selon la revendication 4, dans laquelle chacune des électrodes est constituée d'une impression de matériau électriquement conducteur (12) sur un film diélectrique (13) rapporté sur l'enceinte.
8. Cellule selon la revendication 7, dans laquelle le film diélectrique est flexible.
9. Cellule selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le circuit d'excitation est couplé inductivement à l'enceinte, le ou les éléments en matériau électriquement conducteur consistant en une bobine enroulée en plusieurs boucles autour de la cellule.
10. Cellule selon la revendication 9, dans laquelle la bobine est un solénoïde.
11. Cellule selon la revendication 9, dans laquelle la bobine est une hélice d'un résonateur hélicoïdal.
12. Magnétomètre à pompage optique comprenant une cellule selon l'une des revendications 1 à 11.
13. Casque de magnétoencéphalographie, comprenant une pluralité de magnétomètres selon la revendication 12.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3350632A (en) * 1964-08-25 1967-10-31 Varian Associates Optically pumped atomic diffusion maser with separate pumping and observation regions
FR2668862A1 (fr) * 1990-11-07 1992-05-07 Centre Nat Rech Scient Procede de determination de l'amplitude d'un champ magnetique par pompage optique par laser et magnetometre pour la mise en óoeuvre du procede.
US5162732A (en) * 1990-08-17 1992-11-10 Texas Instruments Incorporated He3 solenoid magnetometer
FR3035769A1 (fr) 2015-04-30 2016-11-04 Commissariat Energie Atomique Cellule de generation d'un plasma

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3350632A (en) * 1964-08-25 1967-10-31 Varian Associates Optically pumped atomic diffusion maser with separate pumping and observation regions
US5162732A (en) * 1990-08-17 1992-11-10 Texas Instruments Incorporated He3 solenoid magnetometer
FR2668862A1 (fr) * 1990-11-07 1992-05-07 Centre Nat Rech Scient Procede de determination de l'amplitude d'un champ magnetique par pompage optique par laser et magnetometre pour la mise en óoeuvre du procede.
FR3035769A1 (fr) 2015-04-30 2016-11-04 Commissariat Energie Atomique Cellule de generation d'un plasma

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "ITO coatings", 9 November 2022 (2022-11-09), Internet, pages 1 - 3, XP093082833, Retrieved from the Internet <URL:https://web.archive.org/web/20221109180947/https://www.pgo-online.com/intl/ito.html> [retrieved on 20230918] *
FOURCAULT WILLIAM ET AL: "Helium-4 magnetometers for room-temperature biomedical imaging: toward collective operation and photon-noise limited sensitivity", UNIV. GRENOBLE ALPES, vol. 29, no. 10, 28 April 2021 (2021-04-28), pages 14467, XP093074608, DOI: 10.1364/OE.420031 *
G. LE GALL.-L. ROUVEA. PALACIOS-LALOY: "Parametric resonance magnetometer based on elliptically polarized light yielding three-axis measurement with isotropic sensitivity", APPL. PHYS. LETT., vol. 118, no. 25, June 2021 (2021-06-01), pages 254001
J. RUTKOWSKI ET AL: "Towards a miniature atomic scalar magnetometer using a liquid crystal polarization rotator", SENSORS AND ACTUATORS A: PHYSICAL, vol. 216, 13 May 2014 (2014-05-13), NL, pages 386 - 393, XP055272789, ISSN: 0924-4247, DOI: 10.1016/j.sna.2014.05.003 *
J. RUTKOWSKI: "Study and realization of a miniature isotropic hélium magnetometer", 2014, UNIVERSITÉ DE FRANCHE COMTÉ
JAROSLAW RUTKOWSKI: "Etude et réalisation d'un magnétomètre isotrope miniature à pompage optique de l'hélium-4", HAL OPEN SCIENCE, 2014, Internet, pages 1 - 140, XP093162288, Retrieved from the Internet <URL:https://theses.hal.science/tel-01345743/document> [retrieved on 20240514] *
LABYT ETIENNE ET AL: "Magnetoencephalography With Optically Pumped 4He Magnetometers at Ambient Temperature", IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, IEEE, USA, vol. 38, no. 1, 16 July 2018 (2018-07-16), pages 90 - 98, XP011694945, ISSN: 0278-0062, [retrieved on 20181227], DOI: 10.1109/TMI.2018.2856367 *
M.-C. CORSI: "phdthesis", 20 April 2021, UNIVERSITÉ GRENOBLE ALPES, article "Magnétomètres à pompage optique à Hélium 4 : développement et preuve de concept en magnétocardiographie et en magnétoencéphalographie"
MOREAU O ET AL: "MAGNETOMETRE A 3HE POMPE PAR DIODE LASER", JOURNAL DE PHYSIQUE III, EDITIONS DE PHYSIQUE, PARIS, FR, vol. 7, no. 1, January 1997 (1997-01-01), pages 99 - 115, XP000688470, ISSN: 1155-4320, DOI: 10.1051/JP3:1997113 *
W. FOURCAULT ET AL.: "Helium-4 magnetometers for room-temperature biomedical imaging: toward collective operation and photon-noise limited sensitivity", OPT. EXPRESS, vol. 29, no. 10, May 2021 (2021-05-01), pages 14467 - 14475, XP093074608, DOI: 10.1364/OE.420031

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