[发明专利]用于SERF原子自旋陀螺仪激光偏振稳定装置及陀螺仪及方法

说明书

本发明涉及一种用于SERF原子自旋陀螺仪的激光偏振稳定装置，其分光棱镜的透射光为输出光路，分光棱镜的反射光为监测光路；监测光路输出至偏振分光棱镜，偏振分光棱镜将输入的监测光路分成两路监测光，该两路监测光的分光比由监测光路的偏振方向决定；第一光电探测器、第二光电探测器接收所述两路监测光，并将光功率转化为电信号输出至控制线路，控制线路处理电信号，并通过测得的分光比变化输出控制信号至高精度电动可调节1/2波片，高精度电动可调节1/2波片接收输出光路并接收控制线路的控制信号，通过调节主轴角度调节输出光路的偏振方向。本发明布局合理，工艺实施方便，实现对激光器输出激光偏振方向的准确监测和调节，适用于SERF陀螺仪等系统。

技术领域

本发明属于惯性测量传感器技术领域，特别是一种用于SERF原子自旋陀螺仪激光偏振稳定装置及陀螺仪及方法。

背景技术

迄今为止多个国家已研制出多种类型的SERF陀螺仪原理验证系统，部分公司研制已处于工程化阶段。2005年普林斯顿大学利用K-3He原子源首次实现SERF原子自旋惯性测量原理验证，2011年完成第二代SERF陀螺实验装置。美国TWINLEAF公司获得美国国防部大力支持，进行SERF陀螺技术研究，表头尺寸小于Φ8cm*10cm。国内北京航空航天大学率先于2008年开展SERF陀螺仪研究，北京航天控制仪器研究所等研究院所也陆续开展研究，均取得较大进展。

SERF陀螺仪综合利用了碱金属原子的电子自旋和惰性气体的核自旋，通过操控碱金属原子的电子自旋工作于SERF态，提高自旋弛豫时间；操控惰性气体原子的核自旋与碱金属原子的电子自旋强耦合，补偿外界磁场变化隔离磁场影响，提高测量准确性。当载体转动时，原子自旋具有定轴性，探测激光固连在载体上而随载体转动，其与自旋的夹角反应了载体相对惯性空间转动。

SERF陀螺仪核心敏感装置原理组成示意图，如图2所示。通过泵浦光(泵浦激光器输出线偏振光通过圆偏振片转换为圆偏振光)、线圈磁场对原子自旋的综合操控，可以实现原子自旋极化。当载体相对惯性空间转动时，固连于载体的泵浦激光跟随载体转动，将强迫原子自旋进动到泵浦激光方向。由于探测激光(探测光激光器输出的线偏振光)也固连于载体上，当载体相对惯性空间转动时，探测激光与原子自旋的夹角也会发生改变，夹角改变的大小反映了角速度的大小。探测激光会与原子自旋发生相互作用，不同的原子自旋指向使探测激光的线偏振方向发生改变，通过检测这一线偏振方向变化可以实现对角速度的测量。

由SERF陀螺仪工作原理可知，泵浦光与探测光的偏振稳定性对SERF陀螺仪的测量精度有重要影响。然而由于激光器输出本身的不理想，输出激光偏振方向的不稳定，致使泵浦光、探测光的偏振方向发生变化，进而影响陀螺仪对角运动的测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于SERF原子自旋陀螺仪的激光偏振稳定装置，使泵浦光、探测光偏振方向保持稳定，进而提升陀螺仪的稳定性。

本发明的目的还在于提供一种用于SERF原子自旋陀螺仪。

本发明的目的还在于提供一种基于用于SERF原子自旋陀螺仪的激光偏振稳定装置的稳定控制方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：