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消多普勒饱和吸收激光稳频教学实验平台
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作者 全伟 段利红 +2 位作者 刘清波 杜鹏程 李光慧 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第7期178-182,227,共6页
激光器是原子磁强计、原子陀螺仪等量子传感器的核心部件。量子传感器通过激光、磁场等与原子的相互作用,实现对相应物理量的高精度测量。激光频率优化及稳定是实现量子精密测量的关键技术。该文在理解原子能级跃迁、激光饱和吸收稳频... 激光器是原子磁强计、原子陀螺仪等量子传感器的核心部件。量子传感器通过激光、磁场等与原子的相互作用,实现对相应物理量的高精度测量。激光频率优化及稳定是实现量子精密测量的关键技术。该文在理解原子能级跃迁、激光饱和吸收稳频原理基础上,搭建了消多普勒激光饱和吸收稳频教学实验平台,通过扫描铷原子的消多普勒饱和吸收光谱,将激光频率锁定在铷原子的D1线上,获得了频率高度稳定的激光输出。该平台能够使学生直接观测原子吸收与激光频率稳定的过程,有助于学生对激光与原子相互作用的深入理解以及实验动手能力的提升,为研究生和本科生的相关课程教学提供了有力支撑。 展开更多
关键词 量子传感器 量子精密测量 精细能级 激光稳频 消多普勒饱和吸收谱
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基于热磁耦合分析的高性能磁屏蔽系统设计
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作者 张梦诗 杨功流 +2 位作者 全伟 段利红 刘峰 《导航定位与授时》 CSCD 2021年第2期30-37,共8页
近零磁工作环境是实现无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置的必要条件,但在实际中由于装置内部气室加热和环境温度变化引起的磁屏蔽性能变化是影响系统性能的一个主要因素。基于热-磁耦合理论建立了惯性测量装置的有限元分析模型... 近零磁工作环境是实现无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置的必要条件,但在实际中由于装置内部气室加热和环境温度变化引起的磁屏蔽性能变化是影响系统性能的一个主要因素。基于热-磁耦合理论建立了惯性测量装置的有限元分析模型,对加热条件下磁屏蔽筒内磁场均匀性及其剩余磁场进行了分析。结果表明,气室加热至200℃时,附近温度场对磁屏蔽筒内部磁场梯度的影响较小可以忽略,但磁屏蔽筒内部剩磁相比数值解增加了0.09nT。同时基于上述模型对磁屏蔽材料的温度稳定性进行了研究,当采用高温稳定磁屏蔽材料时,惯性测量装置的长期稳定性有所提高,但磁屏蔽效能会降低。该研究为高性能磁屏蔽筒的热磁耦合误差及磁屏蔽材料性能的研究提供了理论与方法支撑,同时也为SERF原子自旋惯性测量装置的研制提供了有力的技术保障。 展开更多
关键词 磁屏蔽 热磁耦合分析 有限元分析 磁场稳定性
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基于数值微分计算的SERF原子自旋惯性测量动态仿真
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作者 裴宏宇 杨功流 +2 位作者 全伟 段利红 黄炯 《导航定位与授时》 CSCD 2021年第2期1-7,共7页
基于量子调控技术的SERF原子自旋惯性测量仪表与传统惯性测量仪表相比,具有精度高、无活动部件、对加速度不敏感等优点,被公认是下一代高精度惯性测量的发展方向。分析了SERF原子自旋惯性装置Bloch微分方程组模型下磁场、激光、角速度... 基于量子调控技术的SERF原子自旋惯性测量仪表与传统惯性测量仪表相比,具有精度高、无活动部件、对加速度不敏感等优点,被公认是下一代高精度惯性测量的发展方向。分析了SERF原子自旋惯性装置Bloch微分方程组模型下磁场、激光、角速度输入对碱金属电子极化率和惰性气体核子极化率的影响。针对实验条件下原子系综Bloch微分方程组难以解析求解的问题,基于可变阶次数值微分计算,建立了相应的Simulink模型对实验条件下的原子系综进行数值求解,并分析了极化率对光场、磁场、角速度输入的瞬态响应与稳态响应。仿真结果与理论计算结果相吻合,验证了Bloch方程数值求解的可行性与准确性。该方法可得到惯性测量系统的动态响应,可用于模拟复杂输入下的SERF原子自旋惯性测量系统的输出响应。 展开更多
关键词 SERF惯性测量 Bloch方程组 可变阶次数值微分计算 动态响应
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Low drift nuclear spin gyroscope with probe light intensity error suppression 被引量:4
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作者 范文峰 全伟 +2 位作者 刘峰 段利红 刘刚 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第11期129-133,共5页
A nuclear spin gyroscope based on an alkali-metal–noble-gas co-magnetometer operated in spin-exchange relaxationfree(SERF) regime is a promising atomic rotation sensor for its ultra-high fundamental sensitivity. Howe... A nuclear spin gyroscope based on an alkali-metal–noble-gas co-magnetometer operated in spin-exchange relaxationfree(SERF) regime is a promising atomic rotation sensor for its ultra-high fundamental sensitivity. However, the fluctuation of probe light intensity is one of the main technical error sources that limits the bias stability of the gyroscope. Here we propose a novel method to suppress the bias error induced by probe light intensity fluctuations. This method is based on the inherent magnetic field response characteristics of the gyroscope. By the application of a bias magnetic field, the gyroscope can be tuned to a working point where the output signal is insensitive to probe light intensity variation, referred to herein as ‘zero point’, thus the bias error induced by intensity fluctuations can be completely suppressed. The superiority of the method was verified on a K–Rb–21 Ne co-magnetometer, and a bias stability of approximately 0.01°/h was obtained. In addition, the method proposed here can remove the requirement of the closed-loop control of probe light intensity, thereby facilitating miniaturization of the gyroscope volume and improvement of reliability. 展开更多
关键词 nuclear spin GYROSCOPE SPIN-EXCHANGE relaxation-free ERROR SUPPRESSION PROBE light intensity
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基于光谱吸收的碱金属气室温度梯度测量方法 被引量:1
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作者 阮家森 段利红 全伟 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第19期50-55,共6页
无自旋交换弛豫(SERF)原子惯性测量仪表因具有超高的理论精度和易于集成等优势,成为超高精度惯性测量仪表的重要发展方向。均匀且稳定的温度场是SERF惯性测量仪表实现超高精度测量的重要基础,提出了一种基于光谱吸收的碱金属气室全域温... 无自旋交换弛豫(SERF)原子惯性测量仪表因具有超高的理论精度和易于集成等优势,成为超高精度惯性测量仪表的重要发展方向。均匀且稳定的温度场是SERF惯性测量仪表实现超高精度测量的重要基础,提出了一种基于光谱吸收的碱金属气室全域温度梯度测量方法,通过在线获取气室不同位置激光入射前后的强度,根据光强比与温度的函数关系可获得气室内部相应位置的温度信息。较为全面地分析了光谱吸收法实现在线碱金属气室温度测量的可行性以及线偏振检测光频率对测温结果的影响,并通过有限元仿真与实验测试结果的对比,验证了所提方法的有效性。所提温度梯度测量方法是基于仪表原有设备实现的,不引入额外干扰,简单可靠且可操作性强。此方法的提出为SERF惯性测量仪表的加热系统设计与性能提升提供了重要的技术支撑。 展开更多
关键词 测量 光谱吸收法 温度测量 温度梯度 无自旋交换弛豫
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