原子自旋陀螺仪核自旋磁场自补偿系统

原子自旋陀螺仪以其超高的理论精度已经成为各国争相研究的新一代陀螺仪,具有极大的开发价值和应用潜力。高精度原子自旋陀螺仪是以高质量原子自旋SERF状态的保持作为前提的,为了实现此目标就必须通过核自旋磁场自补偿以避免外界磁场变化对原子自旋定轴性的扰动作用。而国内现有原子自旋陀螺仪核自旋磁场自补偿方法大多依靠手动调节,精度不高且无法实时跟踪核自旋磁场自补偿点。因此,根据推导的原子自旋陀螺仪核自旋磁场自补偿动力学方程,进行了实时跟踪核自旋磁场自补偿点的仿真实验,在此基础上,基于美国NI公司的PXIe信号采集系统以及LabVIEW软件平台设计了自动跟踪磁场自补偿点的测试系统。最后结合试验平台进行了验证,结果表明所研制的原子自旋陀螺仪核自旋磁场自补偿系统可实时有效地跟踪核自旋磁场自补偿点,增强了原子自旋的SERF状态。

原子自旋陀螺气室加热电磁噪声抑制实验研究

原子自旋陀螺仪作为目前最新一类陀螺仪,具有超高的理论精度。碱金属气室是原子自旋陀螺仪承载原子自旋的敏感表头。通过电加热使碱金属达到饱和蒸气压,但是电加热过程中会引入电磁干扰等噪声,进而影响原子自旋陀螺仪的精度和灵敏度。为减小碱金属气室加热的电磁噪声对原子自旋陀螺仪的影响,从加热器结构与加热驱动信号2个方面进行了电磁噪声抑制实验研究。设计了具有磁场噪声抑制作用的异形加热膜,使高频正弦波作为加热驱动信号,构建了碱金属气室集成化无磁电加热单元。通过实验验证,系统的等效磁场噪声优于17fT/Hz^(1/2),气室内部的温度稳定度优于±0.006℃,为原子自旋陀螺仪的性能提升提供了可靠保障。

芯片原子自旋陀螺在空空导弹中的应用展望

原子陀螺具有高精度和高灵敏度等优点,近年来已经成为国内外惯性技术的研究热点。简要介绍了原子陀螺的发展现状,根据空空导弹惯性制导系统的特点,重点对芯片原子自旋陀螺在空空导弹中的应用前景进行了展望。

原子自旋陀螺基本模型Bloch方程的教学法研究

原子自旋陀螺是《惯性器件原理》课程的重要组成部分之一,原子自旋陀螺的基本动力学模型是Bloch方程,一般文献中仅把Bloch方程作为一个唯象的模型直接应用,这样就给初学者在理解上造成困难。本文分别从极化率随时间演化和磁矩在磁场中受力矩作用的角度出发,推导出Bloch方程抽运项、弛豫项和进动项,最后进行合并,形成完成的Bloch方程。这种讲授方法不仅加深了初学者对Bloch方程各项物理意义的理解,而且在微观量(自旋角动量和电子磁矩)和宏观量(总角动量和总磁矩)之间建立了联系,消除了原子角动量量子化带来的理解上的困难。

无自旋交换弛豫原子自旋陀螺非线性特性实验研究

采用基于圆偏振探测光的光纤Sagnac原子自旋进动闭环检测技术,实验测试了无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋陀螺在两种不同抽运状态下的角速度输入/输出特性,发现了SERF原子自旋陀螺输出的非线性现象。基于SERF原子自旋陀螺理论,建立了非线性响应模型并进行仿真研究,仿真结果与实验测试一致。研究表明:SERF原子自旋陀螺的非线性由原子内在相互作用决定,与总电子弛豫率Rtot密切相关。

原子陀螺的研究进展

原子干涉陀螺和原子自旋陀螺是目前理论测量精度最高的惯性测量仪器，针对两类原子陀螺开展的芯片级研究——原子芯片和芯片级原子器件是目前原子陀螺小型化、芯片化研究的焦点。本文对国内外原子陀螺仪及芯片级研究的成果进行了介绍，并分析总结了目前研究中存在的技术难点和未来的研究发展方向。

原子陀螺及其在智能弹药中的应用前景分析

不依赖于卫星的高精度导航定位技术正逐步受到世界强国的重视,新型高性能惯性传感器是实现该技术的关键要素。基于量子效应的原子陀螺极具高精度潜质,文中介绍了两种原子干涉陀螺仪和两种原子自旋陀螺仪的技术方案和工作原理;根据不同方案的特点及其研究现状,较为深入的分析了各种方案优缺点,认为微型核磁共振原子陀螺仪在智能弹药中有更好的应用前景。

泵浦激光功率和气室温度对SERF陀螺仪的影响（英文）

SERF陀螺仪工作在无自旋交换弛豫(SERF)状态下,电子自旋和核子自旋强烈耦合。通过研究电子自旋与核子自旋的耦合方程,分析了泵浦激光的功率和气室温度对SERF陀螺仪磁场补偿的影响,并搭建了SERF陀螺仪实验平台系统进行验证。研究结果表明:原子核自旋补偿磁场正比于泵浦激光功率,泵浦激光功率在9.7 m W至105.6 m W的变化范围中,自旋补偿磁场的变化达到8.9 n T;气室温度在107.5℃至149.3℃变化范围中,自旋补偿磁场变化为4.5 n T,无明显的相关性,并且相对于气室温度的变化,补偿磁场对泵浦激光功率变化更加敏感。

碱金属气室无磁电加热技术研究与系统设计

基于量子精密测量的原子自旋陀螺仪具有高精度、小体积、低成本等优势,被认为是未来陀螺仪的发展方向;原子自旋陀螺仪的核心部件是承载原子自旋的碱金属气室;碱金属气室加热温度的稳定性是决定原子自旋陀螺仪精度和灵敏度的重要因素之一;同时,原子自旋陀螺仪的高灵敏度使其对磁场噪声极其敏感,因此要求加热过程不能引入额外的磁场干扰;针对以上要求,对原子自旋陀螺仪的无磁电加热技术进行了研究;设计并搭建了以Pt1000作为温度传感器,双层对称结构的加热膜作为加热元件,结合源测量单元、数据采集板卡、正弦波信号发生电路、驱动电路以及LabVIEW软件平台构成的无磁电加热系统;通过实验测试,本系统引入的等效干扰磁场优于15fT/Hz1/2,气室温度短期稳定度优于±5mK,长期稳定度优于±10mK,为原子自旋陀螺仪的性能提升提供了可靠保障。