[发明专利]一种反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪

说明书

一种反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，通过一束椭圆偏振光入射原子气室，对碱金属原子和惰性气体核子进行抽运，使二者达到极化状态，同时在垂直于抽运的方向施加旋转调制磁场，使抽运方向的电子极化矢量产生调制作用，并携带转动信息，出射原子气室的抽运光经过反射镜反射，再次穿过原子气室，最后进入平衡差分模块并通过锁相放大器信号采集模块实现转动信号的提取和通过调整参考信号的相移以实现双轴惯性信号解耦，有利于小型化SERF原子自旋陀螺的研制，有利于增强旋光角信号，提升信噪比和系统灵敏度，有利于提升陀螺仪的实用性。

技术领域

本发明涉及原子自旋陀螺仪技术领域，特别是一种反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，通过一束椭圆偏振光入射原子气室，对碱金属原子和惰性气体核子进行抽运，使二者达到极化状态，同时在垂直于抽运的方向施加旋转调制磁场，使抽运方向的电子极化矢量产生调制作用，并携带转动信息，出射原子气室的抽运光经过反射镜反射，再次穿过原子气室，最后进入平衡差分模块并通过锁相放大器信号采集模块实现转动信号的提取和通过调整参考信号的相移以实现双轴惯性信号解耦，有利于小型化SERF原子自旋陀螺的研制，有利于增强旋光角信号，提升信噪比和系统灵敏度，有利于提升陀螺仪的实用性。

背景技术

导航技术在国家经济发展中起着举足轻重的作用。陀螺仪是惯性制导的关键部分，是影响导航系统性能的关键因素。随着量子调控技术不断发展，原子式惯性测量仪表已然成为新一代惯性测量仪表的重要发展方向，其中的SERF原子自旋陀螺仪，因其所具有的超高极限精度，受到了国内外学者的广泛关注。

但是目前的SERF原子自旋陀螺仪主要采用抽运-检测的信号提取方案，至少需要两套完整的激光系统，极大地增大了陀螺系统的体积，不利于陀螺的小型化集成；另一方面，采用双光束的SERF陀螺仪在安装方面具有严格的光路正交要求，实际操作中因为安装误差，导致信号输出的灵敏度和长期稳定性质量下降，也影响实际使用。另外，输出信号与光通过气室与原子相互作用的长度有关，光束单次通过气室的方案测量效果会受到限制。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出一种反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，通过一束椭圆偏振光入射原子气室，对碱金属原子和惰性气体核子进行抽运，使二者达到极化状态，同时在垂直于抽运的方向施加旋转调制磁场，使抽运方向的电子极化矢量产生调制作用，并携带转动信息，出射原子气室的抽运光经过反射镜反射，再次穿过原子气室，最后进入平衡差分模块并通过锁相放大器信号采集模块实现转动信号的提取和通过调整参考信号的相移以实现双轴惯性信号解耦，有利于小型化SERF原子自旋陀螺的研制，有利于增强旋光角信号，提升信噪比和系统灵敏度，有利于提升陀螺仪的实用性。

本发明的技术解决方案如下：

一种反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，包括沿z轴正向入射原子气室的第一抽运光束和沿z轴负向入射所述原子气室的第二抽运光束，所述第二抽运光束是所述第一抽运光束从所述原子气室出射后通过反射镜反射形成的反射光束，所述第二抽运光束从所述原子气室出射后通过非偏振分光棱镜反射侧反射到光电探测平衡差分检测模块，所述光电探测平衡差分检测模块将差分信号传输给锁相放大器信号采集模块，所述锁相放大器信号采集模块采集转动信号并通过调整参考信号的相移实现双轴惯性信号解耦。

所述第一抽运光束来自激光器，所述激光器通过依次串联的第一1/2波片、第一偏振分光棱镜、第一起偏器、液晶相位延迟器、第二起偏器、第二1/2波片、格兰泰勒棱镜、1/4波片和所述非偏振分光棱镜连接所述原子气室。

所述第一偏振分光棱镜的反射侧连接频率稳定模块，所述频率稳定模块连接所述激光器，所述格兰泰勒棱镜的反射侧连接抽运激光光强稳定电路，所述抽运激光光强稳定电路连接所述液晶相位延迟器。

所述光电探测平衡差分检测模块包括分别连接所述锁相放大器信号采集模块的第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器连接第二偏振分光棱镜的透射侧，所述第二光电探测器连接第二偏振分光棱镜的反射侧，所述第二偏振分光棱镜的输入侧通过第三1/2波片连接所述非偏振分光棱镜的反射侧。