[發明專利]一種用于原子自旋器件穩定的原子自旋SERF態的精密操控方法

有效

• 申請號: 201210392970.1
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102901939A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 房建成;萬雙愛;秦杰;陳瑤;李茹杰;全偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01C19/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術領域

本發明涉及一種基于SERF原子器件穩定的原子自旋SERF（無自旋交換弛豫）態的精密操控方法，可用于提高基于SERF原子器件如原子自旋陀螺儀、原子磁強計的刻度因子的穩定性、長時間漂移精度和低頻靈敏度。

背景技術

基于SERF原子器件如原子自旋陀螺儀、原子磁強計以其具有超高精度、理論性能大幅超越現有陀螺儀、磁強計水平的特性得到了世界各國的重視，引起了該領域的研究熱潮。原子自旋SERF態的實現是基于SERF原子器件的關鍵技術。原子自旋SERF態在光場、磁場、熱場等多物理場的干擾下易發生退極化效應，但目前，由于基于SERF原子器件如原子自旋陀螺儀、原子磁強計的研究剛剛起步，原子自旋SERF態的控制還處于開環控制，沒有進行穩定性控制，原子自旋SERF態很容易發生退極化效應，這不僅降低基于SERF原子器件的靈敏度，器件的刻度因子也會因SERF態的退極化導致電子極化率變化而穩定性降低，這必將導致基于SERF原子器件的長時間漂移精度降低、低頻性能變差，限制其在某些領域的應用。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種用于基于SERF原子器件穩定的原子自旋SERF態的精密操控方法，用于提高基于原子自旋SERF效應的原子器件刻度因子穩定性，從而提高原子器件的精度。

本發明的技術解決方案為：一種用于原子器件穩定的原子自旋SERF態的精密操控方法，首先對原子自旋SERF態建立精確的模型并采取調制法測量原子自旋極化率建立控制目標，然后基于SERF模型建立盡量精確的控制系統模型并采用參數辨識的辦法估計模型中的未知參數，最后根據控制目標，充分利用所建立的模型的特殊結構設計控制律即優化激光的開關時間、頻率、方位、功率以及調制磁場的開關時間等，借鑒量子控制算法對原子自旋SERF態進行實時精密操控，具體步驟如下：

（1）建立原子自旋SERF態系統模型。以量子統計力學為基礎，利用原子自旋交互碰撞電磁力作用下的原子碰撞散射計算方法，建立劉維爾密度矩陣演化方程，在此基礎上，采用Bloch方程建立原子自旋SERF態系統模型。

（2）根據原子自旋SERF態的動力學特性，采用磁場調制法測量原子自旋極化率。其步驟為：

（2.1）采用迅速開斷抽運激光（原子磁強計中因只有堿金屬電子而無惰性氣體核子可以省略此步驟使抽運激光一直保持打開狀態即可）保證只有堿金屬電子被極化而核自旋仍處于雜亂無章的自然狀態。此時原子自旋陀螺儀的動力學方程可簡化為原子磁強計動力學方程如下：

ddtS→=1q[γeB×S→+ROP(12s→-S→)-RrelS→]]]>

其中，q為核自旋衰減系數，γ^e為電子自旋的旋磁比，B為磁場，R_OP為原子的抽運率，R_rel為原子的弛豫率。

（2.2）求解步驟（2.1）中的動力學方程的穩態解，即令得上式方程的穩態解：