高精度航海用光纤陀螺惯性导航技术展望

光纤陀螺基于Sagnac效应,利用环路中沿相反方向传播的两束光来检测惯性空间中的旋转速度,开辟了全固态角速度传感器之路。由于其标度因数稳定性和环境适应性较激光陀螺仪差,制约了其在高精度航海领域的应用。通过分析光纤陀螺,展望了光子晶体光纤材料、空芯微孔结构和窄线宽激光光源等技术在光纤陀螺中的应用前景,这些技术可提高光纤陀螺标度因数稳定性和环境适应性,同时还展望了基于量子纠缠光纤陀螺技术。通过分析光纤陀螺惯性导航系统发展,现阶段通过采用旋转调制、温控、温补等系统技术,有效抑制了光纤陀螺标度因数稳定性和环境适应性的影响,已具备在高精度航海领域应用条件。

冷原子干涉仪激光控制系统集成化设计及其在重力测量中的应用

为满足冷原子干涉仪工程化研制需求,推动其在重力测量等领域的实际应用,提出一种以现场可编程逻辑门阵列为集成微处理单元,以直接数字频率合成器为分布执行单元的单激光器激光控制方案,降低系统的尺寸重量功耗,提高控制的集成度,改善外场的适应能力。对基于该激光控制系统的性能进行了评估,并开展了^(87)Rb自由下落式冷原子干涉重力测量实验验证。实验结果表明,所提出方案能够适用于冷原子重力仪激光系统的输出控制,基于所搭建的激光控制系统完成了41小时的连续重力测量实验,重力固体潮测量稳定性达到4.3μGal@1 h,与原有实验室样机的重力测量性能相当,且体积重量功耗之乘积降低至其1/11。

冷原子重力仪单激光器系统倍频方法

针对原子干涉重力仪野外测量需求,提出一种基于单激光器系统倍频方法的高稳定、小型化激光系统方案。首先,分析了冷原子重力仪激光倍频原理;然后,以单台1560.4 nm光纤外腔激光器作为光源,基于激光倍频技术,设计了用于^(87)Rb原子干涉重力仪的高稳定、小型化激光系统方案;最后,测试了用于重力测量的两路激光输出光束的功率稳定性。实验结果表明当780.2 nm激光输出功率为1.1 W和1.9 W时,对应功率均方根起伏分别为0.13%@4 h和0.15%@4 h,两路均可输出功率稳定、模式优良的780.2 nm激光,该系统可实现T=70 ms干涉测量,对应噪声灵敏度为610μGal/√Hz。使用倍频方法的单激光器系统,实现了传统双激光器系统功能,具有高稳定、小型化特点,为原子干涉重力仪野外测量提供了技术基础。

一种SERF陀螺仪核自旋自补偿点存在条件判定方法

核自旋自补偿技术是无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋陀螺仪角速率测量的关键。但是,并不是所有条件下SERF系统自补偿点均存在。根据SERF陀螺仪动力学演化机理,通过数学极值法推导出核自旋自补偿点存在条件判定方法,即Δ值是否满足不小于0的条件,并分析了影响核自旋自补偿点存在的主要因素。通过延长核自旋弛豫时间及提高核自旋极化率不仅能实现自补偿点的存在条件,还能有效提升核自旋自补偿能力,为在有限条件下提高SERF陀螺性能提供了理论指导。实验测试了不同核自旋弛豫时间及极化率下系统自补偿点存在情况,结果与理论预期相符,验证了该判定方法的有效性。所提方法补充了核自旋自补偿成立条件,完善了核自旋自补偿理论体系,为实现高精度工程化SERF陀螺仪提供理论基础。

抛射垂直度对四脉冲原子干涉仪性能影响分析

原子抛射垂直度决定了原子团上抛后的运动轨迹,是影响四脉冲原子干涉仪性能的重要因素。首先,理论分析了原子抛射垂直度对探测到的原子数目、拉曼脉冲的跃迁效率以及干涉条纹对比度的影响;之后,构建了干涉时间(2T)为60 ms的上抛式四脉冲原子干涉仪,开展了原子抛射垂直度对干涉仪性能影响的实验验证。仿真结果表明,当拉曼光方向的原子抛射不垂直角度为3.5 mrad时,探测到的原子数目降低50%;当α=±30 mrad时,四个拉曼π脉冲的跃迁效率分别降至36.2%,31.3%,22.8%和19.2%,此时四脉冲干涉的理论条纹对比度降至3.24%。实验结果与理论分析相符,干涉条纹对比度为2.82%。理论和实验均证实优化原子抛射垂直度是提升四脉冲原子干涉仪性能的有效技术途径。