[發明專利]自持再生式系統及拉莫爾進動自持再生方法

有效

• 申請號: 201610049308.4
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN106996775B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 王力軍;王時光;徐遲;馮焱穎;熊煒;范博玲
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01C19/58
• 分類號: G01C19/58;G01R33/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

本發明公開了一種自持再生式系統及拉莫爾進動自持再生方法。所述自持再生式系統包括光泵與探測部，用于制備原子態及對原子拉莫爾進動進行探測；原子氣室與磁場和磁屏蔽部，用于提供工作原子及高穩定度、高均勻度的磁場環境；控制電路部，用于控制泵浦光及探測光時序，完成自持再生過程。根據本發明，可以解決目前量子陀螺儀自旋進動相干時間短的問題，提供一種延長原子自旋進動相干時間的量子陀螺儀方案，可以顯著提高量子陀螺儀精度和動態范圍，同時可以測量絕對磁場強度，顯著提高磁場計測量精度。

技術領域

本發明涉及角速度和磁場精密測量技術領域，更具體地涉及一種自持再生式系統及拉莫爾進動自持再生方法。

背景技術

量子陀螺儀是一種導航儀器，可實現載體角速度的精密測量，而量子磁場計可實現絕對磁場的精密測量。近年來，由于二者具有精度高、易小型化等眾多優勢成為高精度慣性導航、精密測量領域的重要發展方向，并受到廣泛關注。

目前現有的量子陀螺儀方案普遍具有量子相干時間較短、陀螺動態范圍小等技術瓶頸，使得量子陀螺儀的指標依然不盡如人意。現有的磁場計也尚未達到理論預期精度。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要發明目的在于解決目前量子陀螺儀和量子磁場計自旋進動相干時間短的技術問題，提供一種延長原子自旋進動相干時間的量子陀螺儀和量子磁場計方案。

為了實現上述目的，作為本發明的一個方面，本發明公開了一種自持再生式系統，包括：

光泵與探測部，用于制備原子態及對原子拉莫爾進動進行探測；

原子氣室與磁場和磁屏蔽部，用于提供工作原子及高穩定度、高均勻度的磁場環境；

控制電路部，用于控制泵浦光及探測光時序，維持原子拉莫爾進動，完成自持再生過程。

其中，所述光泵與探測部包括：

光泵光路部分，根據控制電路部的控制時序對原子態進行制備，維持原子拉莫爾進動；

光探測光路部分：探測原子的拉莫爾進動，探測信號進入控制電路部。

其中，所述光泵部還包括：

兩臺抽運激光器，用于對原子進行泵浦；

兩套λ/2波片及偏振分束棱鏡，用于將所述兩臺抽運激光器進行合束；

兩個聲光調制器，用于對抽運光的開關；

進入原子氣室兩束抽運光的偏振狀態組合，用于高效率對原子進行泵浦。

其中，所述光泵與探測部還包括：抽運光及探測光合束及正交的光路結構，用于保證抽運及探測的原子是同一群原子。

其中，所述原子氣室與磁場和磁屏蔽部包括堿金屬原子氣室，采用堿金屬原子作為工作原子。

其中，所述堿金屬原子氣室為一個原子氣室或分立的兩個原子氣室。

其中，所述控制電路部包括濾波放大器、過零比較器、RF信號源，用于處理光探測部探測到的信號，輸出RF信號，控制光泵浦部聲光調制器的開關。

其中，所述控制電路部還包括：混頻器，用于混頻探測器探測到的信號，得到量頻率的高頻及低頻分量，低頻部分即為陀螺儀及磁場計信號，高頻分量用于鎖定磁場。

其中，所述自持再生式系統為量子陀螺儀或量子磁場計。

作為本發明的另一個方面，本發明還提供了一種拉莫爾進動自持再生方法，包括以下步驟：

探測原子拉莫爾進動信號；

通過電路對信號進行處理，用輸出信號控制泵浦光開關，實現拉莫爾進動自持再生。