原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，以原子自旋惯性测量装置为研究对象，针对抽运光光束角调节问题，通过抽运光会使原子极化，同时结合利用不同性能的抽运光光束角会带来不同的极化率，建立了一种利用原子极化率信号实现对抽运光光束角进行调节的方案，这种基于原子感受到的光场变化进行光束角调节，在满足了设计需求的同时具有便于工程实现的特点，消除了安装误差、降低了碱金属气室带来的光束散射误差，提高了原子极化率，适用于原子自旋惯性测量装置一类的产品，具有十分广阔的应用前景。广阔的应用前景。广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统
[0001]本专利技术属于原子自旋惯性测量装置
，具体涉及原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统。
技术介绍
[0002]近年来，原子自旋惯性测量装置成为了研究前沿，其具有兼顾精度高、体积小、工程实现技术相对容易的潜力，成为了惯性测量仪表的新发展方向。原子自旋惯性测量装置要求工作原子具有较高的极化率，其中抽运光的光束角的精准调节对提高工作原子极化率具有重要意义。
[0003]目前，关于激光光束角的调节方法主要是对扩束透镜进行调节。针对原子自旋惯性测量装置，传统的抽运光光束角调节一般是根据气室大小进行光学扩束透镜系统设计和安装。但是在实际应用中，一方面透镜的安装存在误差导致扩束透镜系统出射的光束并不是理想光束，另一方面平行光束进入到碱金属气室会发生折射导致碱金属气室内部光束不再是平行光会使原子极化率降低。
[0004]综上，随着量子物理领域的发展进步，针对抽运光光束角的设计有了广阔的前景，而这方面的研究实践研究还比较缺乏。本专利技术从总体出发，研究原子自旋惯性测量装置抽运光光束角的原位调节系统，将为相似的原子自旋惯性/磁场测量装置抽运光光束角调节设计提供指导和借鉴。
技术实现思路
[0005]本专利技术需要解决的技术问题是：克服激光扩束系统的安装误差和碱金属气室的折射角误差导致原子极化率降低的缺陷，提供一种原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，用以提高扩束系统的精准度。
[0006]本专利技术的技术解决方案如下：<br/>[0007]原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，其特征在于，包括在碱金属气室左侧的抽运光路上设置的扩束系统和在碱金属气室右侧设置的检测光路系统，所述扩束系统出射的抽运光通过消偏分光棱镜穿越所述碱金属气室，所述消偏分光棱镜将与所述抽运光形成对射穿越所述碱金属气室的检测光反射到光电探测差分处理系统，以便根据所述光电探测差分处理系统的检测结果在所述扩束系统中实现对抽运光光束角的原位调节。
[0008]所述对抽运光光束角的原位调节包括调节扩束镜的焦距和位置，通过调节实现系统碱金属原子极化率最大进而得到最优的抽运光光束角。
[0009]所述光电探测差分处理系统通过得到检测光经过所述碱金属气室后的线偏振面旋转角信息，进而得到气室内碱金属原子极化率信息。
[0010]所述检测光与所述抽运光采用对射的方式来直接对抽运光方向原子极化率进行检测，一方面可以实时对极化率进行直接测量，另一方面避免了传统上用系统响应间接解算得到电子极化率时引入的测量误差和间接参数带来的误差。
[0011]所述扩束系统包括通过第一光隔离器连接抽运激光器的第一扩束镜，所述第一扩束镜的输出侧依次通过第一偏振分光棱镜、第一液晶相位延迟器和第二偏振分光棱镜连接第二扩束镜，所述第二扩束镜通过1/4波片连接所述消偏分光棱镜，所述第二偏振分光棱镜通过第一光电探测器连接所述第一液晶相位延迟器以形成第一稳光强系统，通过调节所述第一液晶相位延迟器的电压来稳定控制通过第一稳光强系统后的光强，所述第一偏振分光棱镜和所述第二偏振分光棱镜相互垂直以达到消光效果。
[0012]所述检测光路系统包括检测激光器，所述检测激光器依次通过第二光隔离器、第二1/2波片、第五偏振分光棱镜、第二液晶相位延迟器、第四偏振分光棱镜和碱金属气室连接所述消偏分光棱镜，所述第四偏振分光棱镜通过第三光电探测器连接所述第二液晶相位延迟器以形成第二稳光强系统，通过调节所述第二液晶相位延迟器的电压来稳定控制通过第二稳光强系统后的光强，所述第四偏振分光棱镜和所述第五偏振分光棱镜相互垂直以达到消光效果。
[0013]所述光电探测差分处理系统包括差分节点，所述差分节点的输出端连接信号处理器，所述差分节点的第一输入端通过第二光电探测器连接第三偏振分光棱镜的透射侧，所述差分节点的第二输入端通过第四光电探测器连接第三偏振分光棱镜的反射侧，第三偏振分光棱镜的输入侧通过第一1/2波片连接所述消偏分光棱镜，所述第三偏振分光棱镜与第四偏振分光棱镜光轴正交以达到消光效果。
[0014]所述检测激光器生成一束与碱金属原子失谐的单色光，所述抽运激光器生成一束与碱金属原子谐振的单色光。
[0015]所述碱金属气室位于烤箱中，所述碱金属气室中含有钾、铷或铯原子，同时充有氮气和氦气。
[0016]设经过碱金属气室后的检测光光强为I，线偏振光在极化介质中左旋圆偏振光和右旋圆偏振管的折射率的不同，极化的碱金属原子会使经过碱金属气室后的线偏振光偏振面旋转角进入第二光电探测器的光强为I1和进入第四光电探测器的光强为I2，则
[0017][0018][0019]由此计算出再通过下式计算出碱金属原子极化率P
e
，
[0020][0021]其中K为常值系数。
[0022]本专利技术的技术效果如下：本专利技术原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，以原子自旋惯性测量装置为研究对象，针对抽运光光束角调节问题，通过抽运光会使原子极化，同时结合利用不同性能的抽运光光束角会带来不同的极化率，建立了一种利用原子极化率信号实现对抽运光光束角进行调节的方案，这种基于原子感受到的光场变化进行光束角调节，在满足了设计需求的同时具有便于工程实现的特点，消除了安装误差、降低了碱金属气室带来的光束散射误差，提高了原子极化率，适用于原子自旋惯性测量装置一类的产品，具有十分广阔的应用前景。
[0023]本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术利用原子极化率实时响应对抽运光光束角进行调节，避免了传统方式带来的安装误差和碱金属气室的折射角误差的缺陷。同时
基于原子极化率的调节方式可以提高原子的极化率进一步提高了测量的精度。
附图说明
[0024]图1是实施本专利技术原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统结构示意图。
[0025]附图标记列示如下：1
‑
抽运激光器；2
‑
第一扩束镜；3
‑
第一偏振分光棱镜；4
‑
第一液晶相位延迟器；5
‑
第二偏振分光棱镜；6
‑
第一光电探测器；7
‑
第二扩束镜；8
‑
第一光隔离器；9
‑
1/4波片；10
‑
消偏分光棱镜；11
‑
第一1/2波片；12
‑
第三偏振分光棱镜；13
‑
第二光电探测器；14
‑
碱金属气室；15
‑
第四偏振分光棱镜；16
‑
第三光电探测器；17
‑
第二液晶相位延迟器；18
‑
第五偏振分光棱镜；19
‑
第二1/2波片；20
‑
第二光隔离器；21
‑
检测激光器；22
‑
烤箱；23
‑
第四光电探测器；24
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，其特征在于，包括在碱金属气室左侧的抽运光路上设置的扩束系统和在碱金属气室右侧设置的检测光路系统，所述扩束系统出射的抽运光通过消偏分光棱镜穿越所述碱金属气室，所述消偏分光棱镜将与所述抽运光形成对射穿越所述碱金属气室的检测光反射到光电探测差分处理系统，以便根据所述光电探测差分处理系统的检测结果在所述扩束系统中实现对抽运光光束角的原位调节。2.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，其特征在于，所述对抽运光光束角的原位调节包括调节扩束镜的焦距和位置，通过调节实现系统碱金属原子极化率最大进而得到最优的抽运光光束角。3.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，其特征在于，所述光电探测差分处理系统通过得到检测光经过所述碱金属气室后的线偏振面旋转角信息，进而得到气室内碱金属原子极化率信息。4.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，其特征在于，所述检测光与所述抽运光采用对射的方式来直接对抽运光方向原子极化率进行检测，一方面可以实时对极化率进行直接测量，另一方面避免了传统上用系统响应间接解算得到电子极化率时引入的测量误差和间接参数带来的误差。5.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运光光束角原位调节系统，其特征在于，所述扩束系统包括通过第一光隔离器连接抽运激光器的第一扩束镜，所述第一扩束镜的输出侧依次通过第一偏振分光棱镜、第一液晶相位延迟器和第二偏振分光棱镜连接第二扩束镜，所述第二扩束镜通过1/4波片连接所述消偏分光棱镜，所述第二偏振分光棱镜通过第一光电探测器连接所述第一液晶相位延迟器以形成第一稳光强系统，通过调节所述第一液晶相位延迟器的电压来稳定控制通过第一稳光强系统后的光强，所述第一偏振分光棱镜和所述第二偏振分光棱镜相互垂直以达到消光效果。6.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜鹏程，袁琪，刘祀浔，武嘉琪，王卓，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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