1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学量子信息交叉中心，湖南 长沙 410073
核磁共振陀螺中内嵌磁力仪性能的优化对提高陀螺的灵敏度具有重要意义，其中探测光频率的选取十分重要。为了研究探测光频率对内嵌磁力仪的影响，建立了探测光频率与磁力仪信号关系的理论模型，得到了探测光频率对磁力仪信号影响的优化策略。仿真分析和实验结果表明，在合适的气室温度(120 ℃)条件下选择约－17 GHz的探测光D1线频率失谐量，可使信号强度相对于极小值优化约三个量级。通过引入超精细结构修正，解释了实验D1线正负频响应不对称以及中心频率附近局部极值的现象，证明了理论模型的可靠性。研究结果为探测光最优频率的选取提供了指导。
量子光学 核磁共振陀螺 内嵌磁力仪 法拉第磁致旋光效应 探测光频率 中国激光
2022, 49(21): 2112001
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 量子信息学科交叉中心, 湖南 长沙 410073
为了分析核磁共振陀螺中129Xe自旋振荡器的振幅和频率特性, 建立了相应的半经典模型, 其中分别采用密度矩阵和经典电磁理论描述核自旋系综和反馈系统。然后, 根据自激振荡的自洽条件推导了用于描述自旋振荡器的振荡方程。进一步, 利用旋转波近似和慢变振幅近似将振荡方程化简为自洽方程组, 它由分别用于描述自旋振荡器振幅和频率的振幅方程和频率方程构成。基于上述自旋振荡器的半经典模型, 研究了带通滤波器对自旋振荡器振幅和频率的影响。仿真结果表明, 对核磁共振陀螺的典型参量, 反馈环路设计不当导致的自旋振荡器频移可达亚μHz。该研究对提高基于自旋振荡器的核磁共振陀螺性能具有一定的参考价值。
自旋振荡器 核磁共振陀螺 滤波器 自洽方程性能。 spin oscillator nuclear magnetic resonance gyroscope filter self-consistency equations 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205008
国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
为了减小四频激光陀螺零漂的温度敏感性，对数学补偿模型和安装结构热设计进行了研究。通过高低温实验研究了四频激光陀螺零漂与温度的关系。第一次采用普通铜支架将四频激光陀螺固定在屏蔽盒内，由于两放电支路的温度变化不对称，温度变化率是数学补偿模型的显著项。第二次设计了专用铜支架，使两放电支路的温度对称地变化，因而温度变化率在数学补偿模型中的重要性大大降低。改进支架之后，补偿后的零漂残差从0.018 Hz降低到0.01 Hz，即便采用温度多项式补偿模型也能达到0.012 Hz。这些结果表明：在设计四频激光陀螺系统时，安装结构热设计能够提高数学模型补偿的效果，温度补偿是提高四频激光陀螺的精度的有效方法，在-40~60 °C温度范围内补偿后的百秒标准差达到0.013/((°)·h)。
四频差动激光陀螺 零漂 温度敏感性 温度补偿 热传递 four-frequency differential laser gyro zero drift temperature sensitivity temperature compensation thermal transfer 红外与激光工程
2019, 48(9): 0905005
国防科技大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
在核磁共振陀螺系统中, 需要用圆偏振光来泵浦碱金属(例如铷)原子, 使其产生极化。然而实际应用中的泵浦光不是理想的圆偏振光, 为了研究泵浦光椭圆度与铷原子极化率的变化关系, 推算了泵浦光经过四分之一波片后的表达式, 并由此得出泵浦光照射铷原子气室前的椭圆度, 建立了数值仿真模型, 研究了椭圆度对铷原子极化率的影响。同时通过实验得到了铷原子极化率与椭圆度的关系曲线。仿真和实验结果表明, 泵浦光椭圆度越大, 铷原子极化率越大, 随着椭圆度的进一步增大, 铷原子极化率增速变慢逐渐饱和; 此外, 相同的椭圆度下, 铷原子极化率随着泵浦光功率的增大而增大。
椭圆度 铷原子极化率 核磁共振陀螺 泵浦光 ellipticity Rb polarization NMRG pump beam 红外与激光工程
2018, 47(9): 0917001
国防科学技术大学 光电学院, 湖南 长沙 410073
激光陀螺通常采用高压直流来提供泵浦。放电管的负阻特性会引起稳流回路的不稳定或震荡。为了优化放电环路, 研究了放电管的阻抗特性。测量了不同放电电流下的管压降, 通过多项式拟合得到了放电管的伏安特性曲线。由于微变阻抗直接决定了环路的稳定性, 重点分析了微变阻抗随着电流的变化规律。研究可以为镇流电阻的选择和放电环路的优化设计提供参考, 可以降低功耗并提高电路的可靠性。多样本测试表明文中的结论具有普遍适用性。
环形激光陀螺 放电管 负阻抗 ring laser gyro discharge tube negative impedance 红外与激光工程
2017, 46(6): 0605002
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
为了研究调整架角度误差以及波片与光源波长不匹配对线偏振光经过1/4波片之后偏振态的影响, 本文利用坐标变换法得到1/4波片的琼斯矩阵, 并用琼斯矩阵表示各偏振态。推导出波片与光源不匹配时对偏振态的影响理论模型。当考虑到调整架的角度误差时, 对入射光偏振态以及波片的琼斯矩阵表达式做引入角度误差的泰勒展开, 最后得到和实验结果匹配的仿真曲线。仿真结果表明, 当采用808 nm 1/4波片对795 nm波长的线偏振光作用时, 在不考虑调整误差的理想情况下出射光椭圆度最高为0.974 6, 考虑调整误差时, 对应理想情况下椭圆度最高为0.96, 椭圆度最高点偏移1.72°。仿真和实验结果为进一步分析泵浦光椭圆度对原子参数的影响提供了依据。
偏振光 1/4波片 琼斯矩阵 泰勒展开 polarized light 1/4 wave plate Jones matrix Taylor expansion
国防科技大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
为研究核磁共振陀螺中加热机构对原子气室性能的影响, 设计了5种典型加热方式。利用有限元分析软件ANSYS建立了原子气室的温度场模型, 给出了原子气室表面的稳态温度场分布情况。同时设计了探测精度为001 ℃的测温电路, 对原子气室表面不同位置的温度进行监控, 获得了不同加热方式下原子气室表面的温度变化情况。将仿真和实验结果进行比较, 发现误差在5%之内, 验证了仿真模型的正确性。综合仿真和实验结果比较了不同加热方式下原子气室表面温度分布情况, 获得了能够使原子气室表面温度分布最均匀的加热方式。
核磁共振陀螺 原子气室 加热机构 温度场 nuclear magnetic resonance gyroscope(NMRG) atom vapor cell heating mechanism temperature field
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
2 国防科学技术大学 量子信息学科交叉中心, 长沙 410073
为了得到铷原子磁力仪的最佳抽运光强, 进而优化原子磁力仪的灵敏度, 理论分析了抽运光强与磁力仪的极化率、信噪比以及灵敏度之间的关系, 设计了实验装置。采用自由感应衰减法对直径20mm的铷原子球形气室在不同抽运光强下对应的横向弛豫时间进行测量, 并对相应的纵向弛豫时间进行测量, 计算出了不同光强下的极化率, 通过拟合得到了光强与极化率、信噪比以及灵敏度之间的关系曲线。结果表明, 可在10mW/cm2附近得到系统最佳抽运光强。此研究结果为提高光强利用率并进一步优化铷原子磁力仪的灵敏度提供了指导。
量子光学 原子磁力仪 极化 横向弛豫时间 纵向弛豫时间 quantum optics atomic magnetometer polarization transverse relaxation time longitudinal relaxation time
Author Affiliations
Abstract
College of Optoelectronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We report experimental progress in weakening the frequency difference lock-in phenomenon in a Y-shaped cavity dual-frequency laser. A cube coil pair is chosen to provide a uniform magnetic field for tunability and uniformity of magnetic field strength. When the transverse magnetic field intensity is 9 mT, the frequency difference lock-in phenomenon is evidently weakened and the frequency difference can be continuously tuned in the range of 0.12 MHz to 1.15 GHz. Moreover, the relationship between the minimal frequency difference and magnetic field intensity are investigated and discussed. Then a Y-shaped cavity dual-frequency laser is expected to be utilized as an optimum light source for heterodyne interferometric sensing and precise laser measurement.
140.0140 Lasers and laser optics 140.1340 Atomic gas lasers 140.3460 Lasers Chinese Optics Letters
2015, 13(11): 111405
Author Affiliations
Abstract
College of Opto-Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Some problems and confusions related to matrix analysis for Gaussian beam reflection are clarified. We can choose right-handed coordinates before and after mirror reflection which is called the traditional coordinate system in this Letter. We can also choose a coordinate system with chirality inversion which is called a novel coordinate system in this Letter. The matrix describing optical components should coincide with the selected coordinate system; errors or confusions will appear otherwise. Spherical mirror reflection and coordinate rotation in nonplanar ring resonators are used to clarify some confusion in previous publications due to disorder of the coordinate system. This work is significant to both Gaussian beam propagation analysis and ring laser resonator design.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21402
