[发明专利]一种原子自旋惯性测量系统的光路正交优化方法

说明书

本发明公开的一种原子自旋惯性测量系统的光路正交优化方法，该方法以原子自旋惯性测量系统为研究对象，针对抽运光和检测光非正交的问题，建立了一种抽运光和检测光正交优化方案。把检测光频率调到远失谐碱金属原子的共振频率，施加梯度磁场使核子退极化后，通过瞬时开断抽运光，调节抽运光位置和指向直至输出信号为零，可以找到一组抽运光的位置和指向信息，即一组正交点。同时结合系统工作在磁强计状态下，找到使磁场响应达到最大的正交点。该方法以系统输出信号为光路正交的评估标准，减少了中间参量作为评估标准时带来的误差，达到了在满足检测光和抽运光正交设计需求的同时还可以使灵敏度最大的设计效果。

技术领域

本发明涉及光路正交技术，特别是一种原子自旋惯性测量系统的光路正交优化方法，可应用于原子自旋惯性测量装置，所述光路正交指抽运光和检测光的正交。

背景技术

近年来，原子自旋惯性测量系统成为新一代高精度惯性测量系统的重要发展方向。原子自旋惯性测量系统要求抽运光和检测光正交。工作在抽运光和检测光正交状态下是实现准确测量的基本要求，尤其是对于超高精度的原子自旋惯性测量系统来说非正交会大大限制惯性测量系统的灵敏度。为保证原子自旋惯性测量系统的高精度，需要抽运光与检测光正交，消除两者的非正交角带来的误差，提高惯性测量系统的精度和灵敏度。

目前，传统的调节抽运光和检测光正交的方法主要有两种：一种是通过红外观察镜直接用肉眼观察判断，这种方法会带来人观察时的判断误差，并且无法找到使系统灵敏度达到最大的最优正交点；另一种方法是，观察抽运光经过气室后的出射光强，与进入气室前的抽运光强对比，使透射率最小为最优工作点，这种方法虽然能保证工作在灵敏度最大点，但是需要监测抽运光的经过气室前后的光强，对系统要求高，通用性低。

综上，随着原子自旋磁场\惯性测量技术的发展和应用的普及，针对原子自旋惯性测量系统的光路正交系统设计有了广阔的前景，而这方面的研究实践研究还比较缺乏。本专利从总体出发，研究原子自旋惯性测量系统的光路正交方法，将为相似的原子自旋测量装置设计提供指导和借鉴。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：克服原子自旋惯性测量系统抽运光与检测光非正交的的缺陷，提供一种原子自旋惯性测量系统的光路正交优化方法，用以提高原子自旋惯性测量系统的精度和灵敏度。

本发明的技术解决方案如下：

一种原子自旋惯性测量系统的光路正交优化方法，其特征在于，调整SERF原子自旋惯性测量系统至正常工作状态后把检测光频率调到远失谐碱金属原子的共振频率并施加梯度磁场使核子退极化，然后对抽运光进行操作以通过系统输出信号为零时抽运光和检测光正交的规律获取若干个正交点所各自对应的抽运光位置信息和抽运光指向信息，然后将检测光频率调回工作频率，减小抽运光功率至系统工作在磁强计状态下，在敏感轴方向施加激励信号，找到使磁强计磁场响应最大的正交点为灵敏度达到最大的正交点，即光路正交最优点。

具体包括以下步骤：

步骤1，调整SERF原子自旋惯性测量系统到正常工作状态；

步骤2，调整检测光频率到远失谐碱金属原子共振频率；

步骤3，关闭抽运光，施加梯度磁场直至核子退极化后关闭梯度磁场；

步骤4，改变抽运光的光源位置，调整抽运光指向，通过短时间打开抽运光使得碱金属原子的电子产生极化而核子仍然保持退极化，找到打开抽运光时系统输出信号过零点的两个位置边界并记录抽运光位置信息和抽运光指向信息；

步骤5，在位置边界范围内按照预定步长移动抽运光的光源位置并调整抽运光指向直至系统输出信号为零，记录一组抽运光位置信息和抽运光指向信息；

步骤6，将远失谐的检测光频率调回到工作频率，减小抽运光功率后打开抽运光，使系统工作在磁强计状态下并在敏感轴方向施加激励信号；