SERF原子自旋陀螺仪中的碱金属气室无磁加热高精度温度控制

碱金属气室的温度波动与磁噪声是制约无自旋交换弛豫原子自旋陀螺仪灵敏度提升的关键因素。针对这两个问题,采用激光加热方式对气室进行无磁加热,从根本上消除磁噪声,在气室加热面及相邻上下两面装载石墨烯薄膜,进行光热转换、热传导以及避免杂散光干扰;采用线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)与热管理技术相结合的方式,提高碱金属气室的控温精度与稳定度。设计基于温控系统的线性自抗扰控制器;从热传导、热对流、热辐射三方面出发设计热结构,优选石墨烯薄膜;搭建碱金属气室温控系统实验平台。研究结果表明,采用LADRC与热管理技术的碱金属气室温控系统的控温精度为±0.003℃,控温稳定度为6 mK。所得研究结果为后续原子自旋陀螺仪灵敏度的提升奠定了基础。

原子自旋进动检测技术

自旋是原子的内禀特性,自旋进动对磁场作用或相对惯性空间的转动敏感,通过检测原子的自旋进动可实现磁场或惯性转动的测量,进而形成原子磁强计、原子陀螺和其他原子传感器。基于原子无自旋交换弛豫(spin-exchange relaxation free,SERF)态的原子传感技术包括原子SERF态制备和原子自旋进动检测,其中原子SERF态的制备是实现高灵敏度、低噪声和高稳定感测的前提,原子自旋进动检测则是实现原子传感器高性能测量的关键。本文首先简单描述了原子进动及检测原理,围绕高性能SERF态原子自旋陀螺和磁强计的自旋进动检测,介绍了三类典型的原子自旋进动检测技术及特点,并进行了对比分析。