一种基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法技术

一种基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法，以SERF(无自旋交换弛豫)惯性测量系统为研究对象，将检测光稳光强后残留的误差定位至检测光的非理想线偏振上，通过最新提出的检测光抽运效应的测量方法，提出了一种基于光路对射相消的抑制检测光抽运效应的方法，调整部分出射的检测光，再次注入气室中，从而抵消正向的检测光抽运效应。通过选择合适透射率的高透低反镜片及调整1/8波片的角度，能够在不改变原子自旋惯性测量装置主要工作点条件、且基本不降低刻度系数的情况下抑制由非理想线偏振引起的检测光抽运效应，对系统稳定性的提升具有重要意义。升具有重要意义。升具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法


[0001]本专利技术涉及一种基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法，属于原子惯性测量系统领域，也可以用于原子磁强计领域。

技术介绍

[0002]随着现代物理的快速发展，自冷原子捕获成功以来，玻色
‑
爱因斯坦凝聚、量子相干光学理论，以及单个量子系统的测量与操控等关键物理基础理论和技术的新发现、新突破，使得基于量子调控理论与技术的量子科学仪器得到了快速发展。目前，在高精度惯性导航领域，基于无自旋交换弛豫(Spin
‑
Exchange Relaxation
‑
Free，SERF)技术的原子自旋惯性测量系统因其具有超越现有相关测量手段的超高理论精度，得到了国内外的广泛关注。SERF原子自旋惯性测量装置采用抽运光和检测光正交的外部结构。内核是碱金属和惰性气体的混合物。电子自旋和核自旋状态的高稳定性决定了SERF惯性测量系统的性能。为保证原子自旋惯性测量系统的高准确、高精度，需要消除检测光抽运效应给装置带来的测量误差，提高惯性测量系统的精度和灵敏度。
[0003]目前，检测光抽运效应的抑制主要有通过应力补偿晶体形变及四分之一波片补偿等方法，第一种方法增加了设备的数量，不利于小型化；第二种方法虽然降低了背景噪声，减小了补偿模块的体积，但上述两种补偿都未进行量化评估，同时多以降低检测光功率为基础，不利于长期稳定性的提高。
[0004]综上，随着原子自旋磁场、惯性测量技术的发展和应用的普及，抑制检测光的抽运效应是必要的，而这方面的实践研究还比较缺乏。本专利主要研究检测光抽运效应的测量方法及在不改变原子自旋惯性测量装置主要工作点条件、且基本不降低刻度系数的情况下抑制由非理想线偏振引起的抽运效应，对系统稳定性的提升具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的问题是：提供一种实时的、在不改变原子自旋惯性测量装置主要工作点条件、且基本不降低刻度系数的情况下抑制由非理想线偏振引起的抽运效应，用以提高SERF惯性测量系统的稳定性。
[0006]本专利技术的技术解决方案如下：
[0007]一种基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1，将SERF惯性测量系统碱金属气室加热到工作温度，待激光将原子极化到稳态时，采用磁场交叉调制补偿技术补偿磁场，此时惯性测量系统工作在“惯性测量系统补偿点”，测试记录惯性测量系统稳态偏置信号V
out
，转动惯性测量系统获得自旋惯性测量装置的刻度系数K；
[0009]步骤2，用减慢因子法得到电子极化率用阶跃调制实验：不断改变Z轴线圈的电压以改变Z轴磁场Bz，获得系统输出值，并进行拟合，获得惯性测量系统的Z轴光频移L
z
，电子弛豫率X轴光频移L
x
，利用上述各项参数得到R
m
s
m
项，此处R
m
为检测光抽运效应，s
m
为
检测光圆偏振度，改变检测光功率I0重复实验，得到T
m
s
m
与检测光功率I0之间的线性关系:R
m
s
m
＝K
I
I0+b，b为常量，KI为斜率；
[0010]步骤3，在从气室出射后的检测光路上设置由1/8波片和高透低反镜片构成的抑制装置，通过改变1/8波片角度，重复步骤1至步骤2的操作，获得新的线性关系；
[0011]步骤4，通过比较1/8波片不同角度下线性关系斜率KI的大小判断此处检测光抽运效应的抑制效果；
[0012]步骤5，最终得到几乎使得KI＝0的1/8波片角度值，使惯性测量系统工作在“检测光抽运效应零点”的波片角度，此时惯性测量系统稳态输出受检测光抽运效应的干扰很小。
[0013]检测光抽运效应是检测光稳光强后残留误差的组成部分，通过1/8波片将球形气室退偏和气体圆二向色性吸收产生的残余旋光角进行补偿，使惯性测量系统稳态输出不再受检测光抽运效应的干扰。
[0014]所述抑制装置通过基于光路对射相消的抑制检测光抽运效应的方法，调整部分出射的检测光，再次注入气室中，从而抵消正向的检测光抽运效应，通过对高透低反镜片的透射率选择及调整1/8波片的角度，能够在不改变原子自旋惯性测量装置主要工作点条件、且基本不降低刻度系数的情况下抑制由非理想线偏振引起的检测光抽运效应。
[0015]所述检测光从检测激光器发射后，顺序经过第一起偏器、检测液晶模块、第一检偏器、第一反射镜、第一半波片、格兰泰勒棱镜、第一四分之一波片、气室、1/8波片、高透低反镜片、第二半波片后到达第一偏振分束棱镜，第一偏振分束棱镜分别连接第二光电探测器和第三光电探测器，第二光电探测器和第三光电探测器均连接SERF惯性测量系统输出端，所述格兰泰勒棱镜依次通过第一光电探测器和第一电控模块连接检测液晶模块，所述气室外围设置有烤箱、三维磁场线圈和磁屏蔽结构。
[0016]所述自旋惯性测量装置包括抽运激光器，所述抽运激光器发射的抽运光顺序经过第一透镜、第二透镜、第二反射镜、第二起偏器、抽运光路液晶模块、第二检偏器、第三半波片和组合棱镜后穿过气室，所述组合棱镜依次通过第四光电探测器和第二电控模块连接抽运光路液晶模块。
[0017]通过记录获得不同检测光功率下的惯性测量系统稳态偏置信号，通过转动获得惯性测量系统刻度系数K，通过幅频响应及阶跃调制实验获得惯性测量系统的光频移L
z
、电子弛豫率通过测量减慢因子的方法得到电子极化率从而获得此检测光功率下的R
m
s
m
，改变检测光功率进行拟合，最终获得R
m
s
m
与检测光功率的线性关系。
[0018]R
m
s
m
与检测光功率的线性关系的斜率K
I
越小，表示检测光的抽运效应越小。
[0019]本专利技术的技术效果如下：本专利技术一种基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法，以SERF(无自旋交换弛豫)惯性测量系统为研究对象，将检测光稳光强后残留的误差定位至检测光的非理想线偏振上，通过最新提出的检测光抽运效应的测量方法，提出了一种基于光路对射相消的抑制检测光抽运效应的方法，调整部分出射的检测光，再次注入气室中，从而抵消正向的检测光抽运效应。通过选择合适透射率的高透低反镜片及调整1/8波片的角度，能够在不改变原子自旋惯性测量装置主要工作点条件、且基本不降低刻度系数的情况下抑制由非理想线偏振引起的检测光抽运效应，对系统稳定性的提升具有重要意义。
[0020]本专利技术与现有技术相比的优点在于：提供一种实时的、在不改变原子自旋惯性测量装置主要工作点条件、且基本不降低刻度系数的情况下抑制由非理想线偏振引起的抽运
效应，将检测光抽运效应抑制到最低，有效抑制残余旋光角的波动，用以提高系统的稳定性及灵敏度，同时提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将SERF惯性测量系统碱金属气室加热到工作温度，待激光将原子极化到稳态时，采用磁场交叉调制补偿技术补偿磁场，此时惯性测量系统工作在“惯性测量系统补偿点”，测试记录惯性测量系统稳态偏置信号V
out
，转动惯性测量系统获得自旋惯性测量装置的刻度系数K；步骤2，用减慢因子法得到电子极化率用阶跃调制实验：不断改变Z轴线圈的电压以改变Z轴磁场Bz，获得系统输出值，并进行拟合，获得惯性测量系统的Z轴光频移L
z
，电子弛豫率X轴光频移L
x
，利用上述各项参数得到R
m
s
m
项，此处R
m
为检测光抽运效应，s
m
为检测光圆偏振度，改变检测光功率I0重复实验，得到R
m
s
m
与检测光功率I0之间的线性关系:R
m
s
m
＝K
I
I0+b，b为常量，KI为斜率；步骤3，在从气室出射后的检测光路上设置由1/8波片和高透低反镜片构成的抑制装置，通过改变1/8波片角度，重复步骤1至步骤2的操作，获得新的线性关系；步骤4，通过比较1/8波片不同角度下线性关系斜率KI的大小判断此处检测光抽运效应的抑制效果；步骤5，最终得到几乎使得KI＝0的1/8波片角度值，使惯性测量系统工作在“检测光抽运效应零点”的波片角度，此时惯性测量系统稳态输出受检测光抽运效应的干扰很小。2.根据权利要求1所述的基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法，其特征在于，检测光抽运效应是检测光稳光强后残留误差的组成部分，通过1/8波片将球形气室退偏和气体圆二向色性吸收产生的残余旋光角进行补偿，使惯性测量系统稳态输出不再受检测光抽运效应的干扰。3.根据权利要求1所述的基于光束对射相消的检测光抽运效应抑制方法，其特征在于，所述抑制装置通过基于光路对射相消的抑制检测光抽运效应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范文峰，魏瑶，李任杰，全伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：