[发明专利]一种原子自旋惯性测量系统的激光稳频方法

说明书

一种原子自旋惯性测量系统的激光稳频方法，该方法以原子自旋惯性测量系统为研究对象，针对激光频率控制问题，通过利用同一个气室对不同激光频率有不同的折射率，建立了一种利用光程差实现对激光频率进行稳定控制的方案，实现了利用光程差实现对激光稳频的设计效果。本发明基于光程差进行激光频率控制，在满足了设计需求的用时具有便于工程实现(比如高效率、便于工程实现)的特点，减少了激光器外界环境带来的干扰，提高了频率稳定性，适用于原子自旋惯性测量系统中检测激光一类的产品，具有十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及适合于原子自旋惯性测量系统检测光频率稳定控制技术，特别是一种原子自旋惯性测量系统的激光稳频方法。

背景技术

近年来，原子自旋惯性测量系统成为新一代惯导系统的重要发展方向，以应对远程长航时运动载体对超高精度的迫切需求。其中，检测激光的频率稳定是实现准确测量的基本要求，尤其是对于超高精度的原子自旋惯性测量系统来说检测激光频率不稳会大大限制系统的灵敏度。为保证原子自旋惯性测量系统的高精度，需要对检测激光频率进行稳定控制，提高惯性测量系统的精度和灵敏度。

目前，关于激光频率的稳定方法主要包括两类，第一类是被动式稳频方法，这种方法是将激光器谐振腔反射镜之间的间隔器采用膨胀系数小的材料制作，同时对整个激光器谐振腔系数进行恒温控制，但是被动式稳频的精度不高，难以达到系统正常工作需求；第二类是主动式稳频，指在激光器的工作过程中，选取一个稳定的参考标准频率，当外界影响使激光频率偏离此特定的标准频率时，通过控制系统自动调节腔长,使激光频率回到标准参考频率上，从而实现稳频，常见的有兰姆凹陷稳频法和饱和吸收稳频法，但是这些都需要独立的模块来实现增加系统的复杂程度，且不能消除光学器件可能带来的频率的偏移。

综上，随着光束调制技术和光束合成技术的发展和应用的普及，针对激光器稳频方法设计有了广阔的前景，而这方面的研究实践研究还比较缺乏。本专利从总体出发，研究一种原子自旋惯性测量系统的激光器稳频方法，将为相似的激光稳频设计提供指导和借鉴。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：克服传统激光器稳频方案精度不高、受环境影响较大的缺陷，提供一种原子自旋惯性测量系统的激光稳频方法，用以提高稳频的精度。

本发明的技术解决方案如下：

一种原子自旋惯性测量系统的激光稳频方法，其特征在于，包括利用原子自旋惯性测量系统中经过气室的光程差Δ计算得到的气室折射率n中的实部Re[n(ω)]所获得的调制前激光频率ω，通过反馈机制对光程差Δ进行改变以实现激光稳频，所述气室折射率n按照下式进行计算：

其中L是气室长度，n₀为空气的折射率，一般为1，所述调制前激光频率ω按照下式进行计算：

其中c为光速，n_atom为原子密度，w₀为中心频率，r_e为电子半径，f为振子强度，γ为旋磁比。当气室温度稳定时原子密度n_atom为固定值，此时相位差φ₁的大小取决于激光器的激光频率，得到相位差信号后通过上式计算即可得到激光频率。

所述光程差Δ由以下公式确定：

其中λ为光在真空中传播的波长，Φ1是相位差，Φ1＝Φref-Φ’，Φref是参考相位，Φ’是初始相位。