[发明专利]一种原子自旋惯性测量装置极化梯度弛豫测量方法

说明书

一种原子自旋惯性测量装置极化梯度弛豫测量方法，通过以下步骤实现极化梯度弛豫测量，能够在原子自旋惯性测量装置中实现极化梯度的原位测量，为气室内部极化梯度的评估与抑制提供有力支撑：步骤1，固定原子自旋惯性测量装置的工作点参数以对角速率有响应信号；步骤2，碱金属电子自旋与惰性气体核自旋进动解耦；步骤3，利用自由进动衰减方法测试当前P1下的核自旋横向弛豫率R₂；步骤4，测试核自旋横向弛豫中的非极化梯度弛豫项；步骤5，测试任意抽运激光功率点P的总横向弛豫，计算抽运激光功率点P的极化梯度弛豫，P点的极化梯度弛豫即为P点的总横向弛豫率与非极化梯度弛豫率的差值。

技术领域

本发明涉及原子陀螺仪领域，特别是一种原子自旋惯性测量装置极化梯度弛豫测量方法。

背景技术

基于光磁与原子相互作用的无自旋交换弛豫(Spin-Exchange Relaxation-Free，SERF)原子自旋惯性测量装置具有超高的理论测量灵敏度，以其独特的体积和精度优势成为未来高精度惯性测量仪表的重要发展方向之一。原子自旋弛豫是SERF惯性测量装置中限制性能提升的重要误差源。SERF惯性测量装置中主要存在两类原子自旋：碱金属电子自旋与惰性气体核自旋。其中每种原子的弛豫时间(弛豫时间与弛豫率的数值互为倒数，弛豫时间单位：s，弛豫率单位：1/s)主要分为纵向弛豫时间T1与横向弛豫时间T2，纵向弛豫时间表征电子自旋磁矩在自旋极化方向消散的时间长度，横向弛豫时间表征电子在对应极化方向的横向平面内，在无外部作用时自旋磁矩自然消散的时间长度。在Y方向施加微小磁场偏置(2nT)后去除，使得核自旋绕主磁场进动，并以横向弛豫时间为特征时间绕主磁场方向自由进动衰减，测试不同激光功率下自由进动衰减信号，拟合可以得到对应功率点的核自旋横向弛豫率。其中，极化梯度弛豫是惰性气体核自旋横向弛豫的主要来源之一，原子自旋极化梯度主要由激光与原子相互作用时抽运光的衰减引起，是SERF惯性测量装置中难以避免的一项误差来源。原子自旋极化梯度会造成原子退相干，导致原子弛豫，降低系统灵敏度。同时，原子自旋极化梯度弛豫会影响惰性气体核自旋极化效率，削弱核子对外界磁场的自补偿能力，破坏系统的稳定性，限制系统性能提升。在SERF惯性测量装置中，对于原子自旋极化梯度弛豫的评估一直缺乏有效的评估方法，本发明提供了一种原子自旋惯性测量装置极化梯度弛豫测量方法，为原子自旋极化梯度的表征和评估提供有力支撑。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种原子自旋惯性测量装置极化梯度弛豫测量方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种原子自旋惯性测量装置极化梯度弛豫测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，固定原子自旋惯性测量装置的工作点参数以对角速率有响应信号，所述工作点参数包括加热温度，和抽运激光功率点P1，所述加热温度是将碱金属气室加热至目标工作温度，所述功率点P1的抽运激光极化碱金属电子，进而超极化惰性气体核自旋，通过三轴磁场补偿使得装置工作在核自旋磁场自补偿点；

步骤2，碱金属电子自旋与惰性气体核自旋进动解耦；

步骤3，利用自由进动衰减方法测试当前P1下的核自旋横向弛豫率R2；

步骤4，测试核自旋横向弛豫中的非极化梯度弛豫项；

步骤5，测试任意抽运激光功率点P的总横向弛豫，计算抽运激光功率点P的极化梯度弛豫，P点的极化梯度弛豫即为P点的总横向弛豫率与非极化梯度弛豫率的差值。

所述步骤2中包括在主磁场方向Z向施加偏置为磁场自补偿点十倍的磁场Bz，以使电子自旋与核自旋之间的进动解耦。

所述步骤3中包括在Bz的基础上，在Y向施加偏置磁场By＝2nT，核自旋极化率Pn绕主磁场方向进动，Pn在X方向上存在极化率投影Pnx，通过输出信号得到Pnx在X方向上变化的自由进动衰减曲线，拟合衰减曲线的包络，得到当前抽运功率点下的核自旋横向弛豫率R₂。