[发明专利]一种用于原子自旋陀螺的探测激光稳频装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于原子自旋陀螺的探测激光稳频方法。该发明所述的装置由光学系统和电路系统两部分构成，两部分通过电线连接。光学系统包含温度传感器、加热片、原子气室和光电探测器，电路系统包含温控系统和信号处理系统。该发明克服了原有原子自旋陀螺探测激光无法利用原子气室中碱金属吸收峰稳频的缺点，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种用于原子自旋陀螺的探测激光稳频装置及方法。

背景技术

近年来，原子自旋陀螺技术发展迅速，而大部分原子自旋陀螺是基于半导体激光器作为光源系统，并且需要泵浦激光和探测激光两个激光器。为了稳定的激光频率输出需要对激光频率进行闭环控制，通常泵浦激光的频率稳定技术利用原子自旋陀螺中的原子气室碱金属吸收峰进行线性稳频或者饱和吸收稳频。然而对于探测激光，无法利用原子自旋陀螺内原子气室的碱金属吸收峰进行探测激光频率闭环控制，因此频率稳定通常难以实现：例如核磁共振陀螺仪和SERF陀螺仪，探测激光利用法拉第磁致旋光效应测量原子气室中原子自旋的进动信号，探测激光为线偏振光，探测原子自旋进动信号S的大小与探测激光的频率有关，其关系为其中ν为探测激光的频率，ν_D为原子气室的吸收峰对应的频率，Γ_D为吸收峰的宽度。由上式看到，利用法拉第磁致旋光效应，当探测激光的频率在吸收峰时，探测信号为零。为探测原子自旋进动信号，需要将探测激光频率偏离吸收峰几个GHz，并将激光频率稳定在固定值处。

同时，碱金属吸收峰并不是固定的，其位置和宽度都与原子气室内部的气体种类及压强有关。例如Rb(铷)的D1线吸收峰位置移动随N₂压强的关系为-8.25GHz/amg，宽度随N₂压强的关系为17.8GHz/amg，因而不同气压的原子气室具有不同的碱金属原子吸收峰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于原子自旋陀螺的探测激光稳频装置及方法，利用一个新的原子气室，构成一套探测激光稳频系统，实现探测激光频率的锁定，同时保证原子自旋陀螺内原子进动信号不为零，克服了原有系统中原子气室无法实现探测激光稳频的缺点。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种用于原子自旋陀螺的探测激光稳频装置，包括光学系统和电路系统；光学系统包括稳频探测激光、稳频原子气室、光电探测器；电路系统包括信号处理电路；

稳频原子气室的碱金属吸收峰位置与原子自旋陀螺中原子气室的碱金属吸收峰位置偏离一个设定值；

光电探测器用于探测经过稳频原子气室后的稳频探测激光信号，然后将稳频探测激光信号输出给信号处理电路；

信号处理电路根据光电探测器输入的稳频探测激光信号，输出反馈信号给外部的探测激光器，使探测激光器输出稳频激光。

上述用于原子自旋陀螺的探测激光稳频装置，光学系统还包括温度传感器、加热装置，电路系统还包括温度控制电路；

温度传感器用于测量稳频原子气室的温度，然后测量的温度输出给温度控制电路；

加热装置根据温度控制电路的控制信号对稳频原子气室进行加热；

温度控制电路根据温度传感器测量的温度，输出控制信号给加热装置，用于保持稳频原子气室的温度稳定在固定值处。

上述用于原子自旋陀螺的探测激光稳频装置，温度传感器紧贴稳频原子气室安装。

上述用于原子自旋陀螺的探测激光稳频装置，所述稳频原子气室内充入碱金属和缓冲气体与原子自旋陀螺中原子气室内充入碱金属和缓冲气体均相同，稳频原子气室内的气体压强与原子自旋陀螺中原子气室内的气体压强相差一个设定值。

上述用于原子自旋陀螺的探测激光稳频装置，所述稳频原子气室和原子自旋陀螺中原子气室内充入的缓冲气体均为N₂。