基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，采用以下步骤：S1、将含有碱金属和惰性气体的玻璃泡加热到120℃；S2、打开激光器调节输出频率到碱金属跃迁频率；S3、调节1/2波片和1/4波片，保证激光通过玻璃泡时为圆偏振态；S4、通过轴向线圈施加静磁场；S5、通过径向线圈施加补偿磁场，使得系统内的径向剩磁为零；S6、当激光器的功率波动时，通过径向线圈测量径向磁场的幅值；S7、根据径向磁场的幅值变化，得到激光器光强变化。本发明专利技术操作简单，不引入光电二极管及配套电路等额外的测量器件，有效避免光噪声和电噪声干扰，减小相位误差，提高原子惯性测量系统的精度，实现激光功率稳定性的测量，降低原子惯性测量系统的成本。

【技术实现步骤摘要】
基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法
本专利技术涉及光强检测
，尤其涉及一种基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法。
技术介绍
原子惯性测量系统依赖于原子与原子之间、光与原子之间的相互作用实现角动量传递进行惯性测量，包括无自旋交换弛豫陀螺仪、核磁共振陀螺仪。原子惯性测量系统通常需要使用一束激光极化原子，一束激光探测原子进动的变化。为了保证系统的稳定性，用来极化原子的激光功率必须保证尽量小的波动，所以激光功率稳定性直接影响原子惯性测量系统的精度。目前原子惯性测量系统中光强稳定性测试多采用光电二极管接收激光，利用光电效应将光信号转化成电信号，再通过电路将光电流转化成电压并进一步放大。对于电路的输出信号，存在光电转化的噪声和电路噪声。并且使用光电二极管增加了系统器件，电路控制也存在干扰，增加原子惯性测量系统的复杂性和不稳定性。目前实现小体积下的激光稳定技术都是用的光电探测器作为信号接收器，增大原子惯性测量系统的复杂性，提高成本，增加电路控制的难度。测量近红外连续光的光电二极管多使用硅作为材料，在没有光照的条件下会产生暗电流，暗电流的大小直接影响原子惯性测量单元的磁场梯度，从而磁化部分元件。同时暗电流的频率与制造工艺有关，且是随机的，当暗电流的频率与原子惯性测量系统的输出频率相同时，会对信号造成干扰，影响对惯性信息的提取。为了增大输出信号的信噪比，需要很高的光电转换效率，对于光电二极管的性能要求严苛，所以使用光电二极管直接增加原子惯性测量系统的成本。光电二极管的输出是光电流信号，需要经过电流-电压转换电路和放大电路将光电流信号转换为电压信号，再进行信号处理，这样的处理手段无法避免引入电路误差，进而影响原子惯性测量系统的精度。因此，需要一种可以原位测量光强变化的方法，既减少系统器件的复杂性，又可以降低光电流的干扰。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，提供一种基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，在激光器和含有碱金属和惰性气体的玻璃泡之间依次设置1/2波片和1/4波片，玻璃泡外侧设置径向线圈和轴向线圈，并采用以下步骤：S1、将含有碱金属和惰性气体的玻璃泡加热到120℃；S2、打开激光器调节输出频率到碱金属跃迁频率；S3、调节1/2波片和1/4波片，保证激光通过玻璃泡时为圆偏振态；S4、通过轴向线圈施加静磁场；S5、通过径向线圈施加补偿磁场，使得系统内的径向剩磁为零；S6、当激光器的功率波动时，通过径向线圈测量径向磁场的幅值；S7、根据径向磁场的幅值变化，得到激光器光强变化。上述的基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，所述激光器采用分布式布拉格反射激光器。上述的基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，所述碱金属采用铷。上述的基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，所述步骤S2中铷的D1线的输出频率为377.108THz，D2线的输出频率为384.230THz。上述的基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，所述惰性气体采用氮气、氦气、氖气和氙气中两种或两种以上的组合。上述的基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，步骤S4通过轴向线圈施加5μT～15μT静磁场。上述的基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，步骤S5通过径向线圈施加0～100nT补偿磁场。与现有技术相比，本专利技术的技术效果：1、本专利技术不需要施加调制磁场或者调制光强，不引入光电二极管等额外的测量器件，有效避免光噪声和电噪声的干扰，可以减小3％的相位误差，从而提高原子惯性测量系统的精度。2、本专利技术不需要使用光电二极管及配套电路，即可实现光强稳定性的测量，降低原子惯性测量系统的成本。3、本专利技术不需要调节光电流放大档位，无需调节光路使激光正入射光电二极管，相对于使用光电二极管操作简单。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的测试结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的测试方法流程图。附图标记说明：1、激光器；2、1/2波片；3、1/4波片；4、径向线圈，5、轴向线圈，6、玻璃泡。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细介绍。本专利技术提供的基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，在激光器1和含有碱金属和惰性气体的玻璃泡6之间依次设置1/2波片2和1/4波片3，玻璃泡6外侧设置径向线圈4和轴向线圈5(参见图1所示)，其中，所述激光器1采用分布式布拉格反射激光器。所述碱金属采用铷。所述惰性气体采用氮气、氦气、氖气和氙气中两种或两种以上的组合。并采用以下步骤(参见图2所示)：S1、将含有碱金属和惰性气体的玻璃泡6加热到120℃；S2、打开激光器1调节输出频率到碱金属跃迁频率；当碱金属采用铷时，步骤S2中铷的D1线的输出频率为377.108THz，D2线的输出频率为384.230THz；S3、调节1/2波片2和1/4波片3，保证激光通过玻璃泡时为圆偏振态；S4、通过轴向线圈5施加5μT～15μT静磁场；S5、通过径向线圈4施加0～100nT补偿磁场，使得系统内的径向剩磁为零；S6、当激光器1的功率波动时，系统内径向剩磁会发生变化，不再为零，变化幅度与功率波动幅度相关，通过径向线圈4测量径向磁场的幅值；S7、根据径向磁场的幅值变化，得到激光器1光强变化。本专利技术的原理是：激光光强变化会引起通过气室的光通量密度变化，气室内碱金属原子的能级跃迁需要吸收对应频率的光子，假设一个碱金属吸收一个光子可以实现能级跃迁，由于光通量密度的变化，单位面积内的光子数发生变化，导致单位面积内碱金属发生能级跃迁的数量发生变化，体现于抽运率R的变化；为了使碱金属系综的磁矩具有宏观指向，需要在轴向施加静磁场，将径向磁场补偿到零。抽运率引起的极化率的变化改变碱金属系综的等效磁场，使其在径向的投影不为零，通过径向线圈测量径向磁场的变化可以直接反映系统中光强的变化。所述光通量密度引起碱金属系综抽运率的变化ΔR可以表示为：ΔR＝∫σ(v)ΔΦ(ν)其中σ(v)是碱金属原子的吸收截面，ΔΦ(v)是光通量密度。抽运率直接影响极化率P；其中ΔP是极化率变化量，Γ是碱金属原子的弛豫率。极化率的变化改变碱金属产生的磁场，使其在径向的投影不为零；其中ΔB是碱金属磁矩等效磁场的变化量，κ0是自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，其特征在于，在激光器(1)和含有碱金属和惰性气体的玻璃泡(6)之间依次设置1/2波片(2)和1/4波片(3)，玻璃泡(6)外侧设置径向线圈(4)和轴向线圈(5)，并采用以下步骤：/nS1、将含有碱金属和惰性气体的玻璃泡(6)加热到120℃；/nS2、打开激光器(1)调节输出频率到碱金属跃迁频率；/nS3、调节1/2波片(2)和1/4波片(3)，保证激光通过玻璃泡时为圆偏振态；/nS4、通过轴向线圈(5)施加静磁场；/nS5、通过径向线圈(4)施加补偿磁场，使得系统内的径向剩磁为零；/nS6、当激光器(1)的功率波动时，通过径向线圈(4)测量径向磁场的幅值；/nS7、根据径向磁场的幅值变化，得到激光器(1)光强变化。/n

【技术特征摘要】
1.基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，其特征在于，在激光器(1)和含有碱金属和惰性气体的玻璃泡(6)之间依次设置1/2波片(2)和1/4波片(3)，玻璃泡(6)外侧设置径向线圈(4)和轴向线圈(5)，并采用以下步骤：
S1、将含有碱金属和惰性气体的玻璃泡(6)加热到120℃；
S2、打开激光器(1)调节输出频率到碱金属跃迁频率；
S3、调节1/2波片(2)和1/4波片(3)，保证激光通过玻璃泡时为圆偏振态；
S4、通过轴向线圈(5)施加静磁场；
S5、通过径向线圈(4)施加补偿磁场，使得系统内的径向剩磁为零；
S6、当激光器(1)的功率波动时，通过径向线圈(4)测量径向磁场的幅值；
S7、根据径向磁场的幅值变化，得到激光器(1)光强变化。


2.根据权利要求1所述的基于径向磁场原子惯性测量系统中光强稳定性测试方法，其特征在于，所述激光器(1)采用分布式布拉格...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，武泽坤，柴真，刘占超，贾雨棽，田昊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11