[發明專利]一種基于光場調控的極化梯度檢測及抑制結構

在審

• 申請號: 202210999827.2
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115980382A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 全偉;高航;袁琳琳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

一種基于光場調控的極化梯度檢測及抑制結構，通過在裝置主結構上設置抽運光路搭配結構和檢測光路選擇結構，能夠直接更換不同的抽運、檢測光路，從而實現各梯度檢測及梯度抑制方案的搭配組合，方便驗證最佳組合方案，提升實驗效率。

技術領域

本發明屬于原子自旋慣性測量領域，涉及對堿金屬原子及惰性氣體原子極化率梯度的補償，特別是一種原子自旋極化梯度的檢測及抑制結構，通過在裝置主結構上設置抽運光路搭配結構和檢測光路選擇結構，能夠直接更換不同的抽運、檢測光路，從而實現各梯度檢測及梯度抑制方案的搭配組合，方便驗證最佳組合方案，提升實驗效率。

背景技術

基于無自旋交換弛豫態(Spin-Exchange?Relaxation-Free，SERF)的原子自旋慣性測量裝置是半個世紀以來不斷發展的一種角速度測量裝置，利用量子精密測量的獨特優勢，其有望沖擊更高的慣性測量靈敏度。SERF原子自旋慣性測量裝置利用光場極化原子自旋，使原子系綜具有宏觀的極化方向。而當被極化的原子碰撞到其它原子、碰撞到承載原子的玻璃壁，或者極化原子運動在不均勻磁場中，都會導致極化強度的損失，稱為原子自旋弛豫。

該裝置具有強耦合的堿金屬原子自旋、惰性氣體原子自旋，外界輸入角速度時原子系綜具有進動性，從而產生攜帶有轉動信息的堿金屬原子自旋極化率分量；該裝置具有核自旋自補償的特性，惰性氣體原子自旋能夠在一定程度上抵消外界磁場波動，獲得更穩定的慣性測量信息；該裝置利用光的法拉第效應，通過將上述極化率分量轉換為光的旋光角的方式進行角速度測量。定義原子自旋的極化方向為縱向，垂直于縱向的方向統稱橫向。研究表明，原子自旋在橫向上的極化梯度將會導致縱向弛豫率，使原子自旋縱向極化率降低，影響測量時的進動性；而原子自旋在縱向上的極化梯度將會導致橫向弛豫率，使原子自旋橫向極化率衰減，削弱原子系綜的核自旋自補償能力，即抑制外界磁場波動的能力變弱，同時橫向極化率的波動還影響測量信號的穩定性。因此，必須設法減少弛豫率，保持原子自旋的極化率，同時抑制極化梯度，才能提高測量的穩定性、準確性。

原子自旋極化梯度是原子弛豫的重要來源，其包括堿金屬原子自旋極化梯度、惰性氣體原子自旋極化梯度。后者由前者導致，且常采取增加惰性氣體原子密度等方式降低梯度。因此前者是極化梯度的主要來源，且其主要由堿金屬原子對抽運光的吸收所致。目前觀測并抑制極化梯度的結構較少，一般采用平動檢測光場的方式來探測原子系綜不同空間位置上的極化強度，實驗操作復雜且效率低、穩定性差；一般采用磁場手段抑制極化梯度，其依靠引入新的磁場梯度來補償當前的極化梯度，結構簡單但效果不顯著。因此需嘗試更可靠的結構來觀測原子自旋極化梯度，并抑制該極化梯度。

發明內容

本發明解決的問題是：克服現有原子自旋慣性測量裝置在檢測及抑制原子自旋極化梯度結構方面的不足，提供一種基于光場調控的極化梯度檢測及抑制結構，通過在裝置主結構上設置抽運光路搭配結構和檢測光路選擇結構，能夠直接更換不同的抽運、檢測光路，從而實現各梯度檢測及梯度抑制方案的搭配組合，方便驗證最佳組合方案，提升實驗效率。

本發明的技術解決方案如下：

一種基于光場調控的極化梯度檢測及抑制結構，其特征在于，包括居中設置有原子氣室承載裝置的裝置主結構，所述原子氣室承載裝置的上側和下側分布著抽運光路搭配結構，所述原子氣室承載裝置的右側分布著檢測光路選擇結構，以便直接更換不同的抽運、檢測光路，實現各梯度檢測及梯度抑制方案的搭配組合，從而驗證最佳組合方案以提升實驗效率。