一种SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的测量方法，以SERF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，建立了一种实时测量检测光抽运效应的方法。该方法以Bloch方程的稳态解为基础，通过不同检测光强度下从幅频响应和阶跃调制实验中获得的偏振信息，结合实时的输出偏置，得到用于评估功率、频率和偏振度对检测光抽运效应的综合影响的乘积项。解决了过去未对检测光引起的抽运效应进行定量评估的问题，为从根本上抑制检测光抽运效应对系统的不利影响提供了理论基础，同时也可以改变过去因检测功率小引起的信噪比低的问题。功率小引起的信噪比低的问题。功率小引起的信噪比低的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的测量方法
[0001]本专利技术涉及一种SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的测量方法，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]利用自旋交换光泵超极化的稀有气体在传感转速、测量洛伦兹(Lorentz)和CPT(电荷
‑
宇称
‑
时间反演对称破缺)反常等方面有着广泛的应用。在这些应用中，基于无自旋交换弛豫(Spin
‑
Exchange Relaxation
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Free，SERF)技术的SERF惯性测量系统具有理论精度高、体积小、成本低、动态范围小等特点，可作为未来平台式惯导系统，因为它对旋转具有极高的灵敏度。SERF原子自旋惯性测量系统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是SERF惯性测量系统性能的核心要素。然而，非理想线偏振检测光束的圆偏振分量产生的横向抽运效应会影响电子自旋的方向和稳定性。
[0003]传统的检测光抽运效应一般作为典型值计算，缺少检测光抽运效应对系统影响的机理分析，未建立起直接关系，存在个别测量方法，但不能系统的评估。无法从根本上抑制检测光抽运效应对系统的不利影响，同时也解决不了因检测功率小引起的信噪比低的问题。
[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，定量测量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。本专利的核心为研究检测光抽运效应的测量方法，为从根本上抑制检测光的抽运效应及解决目前因检测功率引起的信噪比低的问题提供评判标准及理论基础，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：解决检测光抽运效应的测量问题，明确检测光抽运效应对原子惯性测量系统影响的机理，克服现有原子自旋惯性测量系统检测光抽运效应测量非实时、且导致检测光功率降低的问题，为从根本上抑制检测光的抽运效应及解决目前因检测功率引起的信噪比低的问题提供评判标准及理论基础，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SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的测量方法，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，通过幅频响应实验：在X轴施加一系列不同频率的正弦信号，记录系统输出
的峰峰值，并进行拟合；以及阶跃调制实验：不断改变Z轴线圈的电压以改变系统在Z轴受到的磁场，获得系统输出的值，并进行拟合，通过上述实验拟合获得惯性测量系统Z轴光频移L
z
、电子弛豫率和X轴光频移L
x
；
[0010]步骤3，改变Z轴磁场偏置B
z
，继续进行幅频响应实验，获得不同磁场偏置下的电子共振峰ω
e
，将磁场偏置与电子共振峰拟合，获得减慢因子Q，再通过减慢因子得到电子极化率从而获得该检测光功率下R
m
s
m
的测量值，此处的R
m
s
m
是一个乘积项，其中R
m
为检测光的抽运速率，s
m
为检测光的圆偏振度；
[0011]步骤4，在不同检测光功率下，重复步骤1至步骤3，获得不同检测光功率下的R
m
s
m
；
[0012]步骤5，采用线性最小二乘拟合法，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，K
I
为斜率，根据K
I
的大小即可判断目前SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的大小。
[0013]所述检测光抽运效应是检测光稳光强后残留误差的组成部分，由球形气室退偏和气体圆二项色性吸收产生，影响了惯性测量系统的稳态输出。
[0014]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、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二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。
[0015]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一电控模块连接抽运光路液晶模块。
[0016]通过记录获得不同检测光功率I0下的惯性测量系统稳态偏置信号V
out
，通过转动获得惯性测量系统刻度系数K，通过幅频响应实验及阶跃调制实验获得惯性测量系统的Z轴光频移L
z
、电子弛豫率通过测量减慢因子Q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I0的线性关系。
[0017]K
I
越小表示检测光抽运效应越小。
[0018]本专利技术的技术效果如下：本专利技术一种SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的测量方法，以SERF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，建立了一种实时测量检测光抽运效应的方法。该方法以Bloch方程的稳态解为基础，通过不同检测光强度下从幅频响应和阶跃调制实验中获得的偏振信息，结合实时的输出偏置，得到用于评估功率、频率和偏振度对检测光抽运效应的综合影响的乘积项。解决了过去未对检测光引起的抽运效应进行定量评估的问题，为从根本上抑制检测光抽运效应对系统的不利影响提供了理论基础，同时也可以改变过去因检测功率小引起的信噪比低的问题。
附图说明
[0019]图1是实施本专利技术一种SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的测量方法流程示意图。图1中包括步骤1，启动SERF原子自旋惯性测量装置，当陀螺工作在“陀螺补偿点”时(即惯性测量系统工作在“惯性测量系统补偿点”)，测试记录陀螺稳态偏置信号Vout(即惯性测量系统稳态偏置信号Vout)，通过旋转获得自旋惯性测量装置的刻度系数K；步骤2，通过幅频响应实验及阶跃调制实验获得陀螺的Z轴光频移L
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的测量方法，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，通过幅频响应实验：在X轴施加一系列不同频率的正弦信号，记录系统输出的峰峰值，并进行拟合；以及阶跃调制实验：不断改变Z轴线圈的电压以改变系统在Z轴受到的磁场，获得系统输出的值，并进行拟合，通过上述实验拟合获得惯性测量系统Z轴光频移L
z
、电子弛豫率和X轴光频移L
x
；步骤3，改变Z轴磁场偏置B
z
，继续进行幅频响应实验，获得不同磁场偏置下的电子共振峰ω
e
，将磁场偏置与电子共振峰拟合，获得减慢因子Q，再通过减慢因子得到电子极化率从而获得该检测光功率下R
m
s
m
的测量值，此处的R
m
s
m
是一个乘积项，其中R
m
为检测光的抽运速率，s
m
为检测光的圆偏振度；步骤4，在不同检测光功率下，重复步骤1至步骤3，获得不同检测光功率下的R
m
s
m
；步骤5，采用线性最小二乘拟合法，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，K
I
为斜率，根据K
I
的大小即可判断目前SERF惯性测量系统中检测光抽运效应的大小。2.根据权利要求1所述的SE...
【专利技术属性】
技术研发人员：范文峰，李任杰，魏瑶，全伟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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