[发明专利]原子自旋系综状态下的磁共振相位检测方法及系统

说明书

本发明提供了一种原子自旋系综状态下的磁共振相位检测方法及系统，该方法包括：对原子气室内的原子进行抽运以使原子气室内的原子极化共振；检测激光经过偏振分光棱镜分为透射P偏光和反射S偏光；根据透射P偏光的光强实现针对检测激光的光强的PID控制；反射S偏光进入原子气室并输出反射光信号，将反射光信号转换为反射数字信号，将透射P偏光转换为透射数字信号；将透射数字信号与反射数字信号进行差分处理以输出抑制噪声后的原子信号，根据抑制噪声后的原子信号获取原子自旋系综状态下的磁共振相位。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中检测激光引起的信号输出噪声太大以及检测激光输出光强不稳定的技术问题。

技术领域

本发明涉及原子传感器技术领域，尤其涉及一种原子自旋系综状态下的磁共振相位检测方法及系统。

背景技术

原子自旋系综状态下磁共振相位是一些原子传感器如核磁共振陀螺的重要工作参数，目前的检测手段主要是通过激光器和光电检测器来实现检测原子自旋系综状态下磁共振相位。在此情况下，为了提高传感器的灵敏度，就必须要提高检测手段的灵敏度，而为了提高检测灵敏度，核心要素就是保证检测激光的稳定性，并且降低检测激光的噪声对检测手段的影响。

检测激光器对原子自旋系综状态的原子信号影响主要有两个方面，一是检测激光的光强，二是检测激光的相位噪声。检测激光器光强影响原子自旋系综状态下原子的信号强度，检测激光的相位噪声主要影响原子自旋系综状态下的磁共振相位。因此，在实际的激光器用于检测原子自旋系综状态下的磁共振相位时，既要保证检测激光器的光强，维持激光器输出的稳定性，从而保证传感器工作的稳定，又要降低检测激光的相位噪声对磁共振相位的影响，实现高灵敏度的精密测量。

目前，常用的用于检测原子自旋系综状态下磁共振相位的激光器主要是半导体激光器，半导体激光器体积小，输出功率高，光强聚焦能力强，但是为了实现高灵敏度的磁共振相位检测，对激光器的要求越来越高。在目前原子传感器追求小体积的大前提下，就目前的激光器技术而言，单一的迫使激光器输出光强稳定方法比较单一且实现手段较为繁琐，不适用于小体积原子传感器如核磁共振陀螺，因此抑制激光器的相位噪声对磁共振相位的影响则是目前能够提高原子传感器灵敏度的主要途径。抑制半导体激光器的相位噪声对磁共振相位的影响可以通过降低半导体激光器噪声和降低噪声对磁共振相位的影响因数两个途径来实现。在目前技术手段下，半导体激光器的造价和激光器的制造技术都是钳制半导体激光器适用于日趋小型化和低成本并追求高灵敏度的量子传感器的主要因素。

发明内容

本发明提供了一种原子自旋系综状态下的磁共振相位检测方法及系统，能够解决现有技术中检测激光引起的信号输出噪声太大以及检测激光强不稳定的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种原子自旋系综状态下的磁共振相位检测方法，磁共振相位检测方法包括：对原子气室内的原子进行抽运以使原子气室内的原子极化共振；检测激光经过偏振分光棱镜分为透射P偏光和反射S偏光；根据透射P偏光的光强实现针对检测激光强的PID控制；反射S偏光进入原子气室并输出反射光信号，将反射光信号转换为反射数字信号，将透射P偏光转换为透射数字信号；将透射数字信号与反射数字信号进行差分处理以输出抑制噪声后的原子信号，根据抑制噪声后的原子信号获取原子自旋系综状态下的磁共振相位。

进一步地，在将透射数字信号与反射数字信号进行差分处理之前，磁共振相位检测方法还包括：对透射数字信号进行分段处理以生成多段透射数字信号，对各段透射数字信号分别进行傅里叶分析处理以计算各段透射数字信号中的信号频率和信号强度，根据各段透射数字信号中的信号频率和信号强度分析检测激光噪声；对反射数字信号进行分段处理以生成多段反射数字信号，对各段反射数字信号分别进行傅里叶分析处理以计算各段反射数字信号中的信号频率和信号强度，根据各段反射数字信号中的信号频率和信号强度分析通过原子气室后的综合噪声，综合噪声包括检测激光噪声和其余干扰噪声；将检测激光噪声和综合噪声进行横向对比分析以确认检测激光器噪声被引入透射数字信号中并且被采集。