[發(fā)明專利]基于混合抽運SERF自旋慣性測量系統(tǒng)光頻移抑制方法

有效

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• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113280801B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 全偉;劉峰;段利紅;龐昊穎;劉祀潯
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C19/58
• 分類號: G01C19/58
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 朱亞娜;吳小燦

一種基于混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的光頻移抑制方法，通過改變堿金屬氣室的工作溫度改變堿金屬原子密度比，從而抑制混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的總光頻移，使系統(tǒng)總光頻移量趨于零。與改變抽運光頻率來抑制光頻移的方法相比，本發(fā)明所述方法不需要調(diào)節(jié)抽運光頻率，可以保證抽運光頻率更接近堿金屬原子的吸收峰，提高抽運效率；并且，本發(fā)明所述方法可以用飽和吸收進(jìn)行抽運光頻率鎖定，不需要額外的波長計等設(shè)備來穩(wěn)定抽運光頻率，不需要反復(fù)充制堿金屬氣室，且精度較高。本發(fā)明所述方法不需要增加額外的器件和裝置，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，可以保證抽運效率，能有效地抑制光頻移引起系統(tǒng)輸出誤差，提高測量精度和長期穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混合抽運SERF原子自旋慣性測量及磁場測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于混合抽運SERF 原子自旋慣性測量系統(tǒng)的光頻移抑制方法，用于改變混合抽運中堿金屬原子感受到總光頻移的大小和方向。

背景技術(shù)

基于無自旋交換弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free，SERF)技術(shù)的原子自旋慣性測量系統(tǒng)具有理論精度高、體積小、成本低等特點，是未來超高靈敏慣性角速度測量的發(fā)展方向，在導(dǎo)航、地質(zhì)勘探、前沿科學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。要實現(xiàn)SERF態(tài)，必須增大堿金屬原子的密度，通常通過加熱堿金屬氣室的方式提高原子密度。其中基于混合抽運的SERF慣性測量系統(tǒng)由于具有極化梯度小等優(yōu)勢，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。混合抽運使用甲、乙兩種堿金屬進(jìn)行抽運，其中甲堿金屬原子密度較低，其對應(yīng)的光學(xué)深度OD較小，對光的吸收作用很弱，一般抽運光頻率在甲堿金屬原子D1(或D2)線附近，由于甲堿金屬原子對光的吸收很少，抽運光通過氣室?guī)缀醪凰p，因此極化較為均勻。另一種堿金屬原子乙通過與甲堿金屬原子的自旋交換碰撞極化。

在SERF原子自旋慣性測量領(lǐng)域，通常定義抽運光傳播方向為Z軸，檢測光方向為X軸，與X、Z 軸垂直的方向為Y軸，即敏感軸方向。理想狀態(tài)下，X軸方向的檢測光只輸出Y軸方向的角速率信息；但是，由于光頻移的存在，X軸和Y軸方向的角速率信息會耦合到一起，導(dǎo)致標(biāo)度因數(shù)線性度變差，降低系統(tǒng)測量精度和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的光頻移抑制方法，通過調(diào)節(jié)氣室溫度改變堿金屬原子密度比，使得混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的總光頻移趨于0，從而實現(xiàn)混合抽運 SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的雙軸解耦，提高測量精度。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種基于混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的光頻移抑制方法，其特征在于，通過調(diào)整堿金屬氣室的工作溫度，改變堿金屬氣室內(nèi)兩種堿金屬原子的密度比，進(jìn)而使混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的總光頻移量趨于零。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所述基于混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的光頻移抑制方法，包括如下步驟：

步驟S1，啟動混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)；

步驟S2，進(jìn)行磁場補償，使混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)；

步驟S3，測量混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)在該正常工作狀態(tài)下的總光頻移；

步驟S4，判斷目前混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的總光頻移是否在預(yù)定閾值內(nèi)；如果總光頻移在預(yù)定閾值內(nèi)，至S6；如果總光頻移不在預(yù)定閾值內(nèi)，改變堿金屬氣室的工作溫度，待原子重新極化穩(wěn)定，至S5；

步驟S5，重復(fù)步驟S2-步驟S4，直至總光頻移在預(yù)定閾值內(nèi)；

步驟S6，光頻移抑制結(jié)束。

作為優(yōu)選，步驟S2中，所述磁場補償采用磁場交叉調(diào)制補償方法，通過混合抽運SERF原子自旋慣性測量系統(tǒng)的三維磁補償線圈實現(xiàn)，具體包括如下步驟：