基于混合自旋交換光泵浦的nmrg信號增強方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種原子核磁共振陀螺信號增強方法，通過在原子池中加入自旋交換中介物質(zhì)，提高原子池內(nèi)惰性氣體的極化率，從而增強原子陀螺探測信號強度，屬于原子物理領(lǐng)域。本發(fā)明通過在原子池充入堿金屬、緩沖氣體和惰性氣體原子的基礎(chǔ)上，再充入一種自旋交換中介物質(zhì)，堿金屬原子極化后通過碰撞作用將極化幾乎全部傳遞給自旋交換中介物質(zhì)，中介物質(zhì)再將極化傳遞給惰性氣體原子，從而極大的提高惰性氣體原子的極化率，在不影響隨機游走的前提下，增強陀螺信號強度，提高原子核磁共振陀螺的性能。
【專利說明】基于混合自旋交換光泵浦的NMRG信號增強方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種增強原子核磁共振陀螺（Nuclear Magnetic Resonance Gyro, or NMRG)信號強度的方法，通過在原子池中加入自旋交換中介物質(zhì)，提高原子池內(nèi)惰性氣體的 極化率，從而增強原子陀螺探測信號強度，屬于原子物理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著量子理論、原子操控、微加工技術(shù)以及現(xiàn)代光學(xué)的飛速發(fā)展，芯片級原子傳感 器件在現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用和關(guān)注，從對人類大腦的研究（核磁共振 成像）到對運動物體的導(dǎo)航級精確測量（原子核磁共振陀螺）都能發(fā)現(xiàn)他們的身影。國內(nèi) 外越來越多的單位也相繼開展了原子鐘，原子加速度計，原子磁力儀，原子核磁共振陀螺等 芯片級原子傳感器件的研究。在這些原子器件中，原子池是它們的核心組成部分。一般地， 原子池內(nèi)包含堿金屬氣體、惰性氣體和緩沖氣體，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，原子鐘等是通過光 抽運極化堿金屬原子直接作為敏感原子；原子核磁共振陀螺和原子磁力儀則是通過光抽運 極化堿金屬，再經(jīng)過自旋碰撞交換作用，將堿金屬極化傳遞給惰性氣體原子。惰性氣體原子 在磁場下作拉摩爾進動，在不同的載體轉(zhuǎn)動角速度或環(huán)境磁場下，探測光提取到的惰性氣 體拉摩爾進動頻率產(chǎn)生頻移，進而得到載體轉(zhuǎn)動角速度或環(huán)境磁場強度。其中原子核磁共 振陀螺的基本原理為：
[0003] 在靜磁場
【權(quán)利要求】
1. 一種基于混合自旋交換光泵浦技術(shù)的原子核磁共振陀螺信號增強方法，其特征在 于，該方法包括以下步驟： Si:制作原子池； 52 :對原子池抽真空，同時以300度以上高溫烘烤原子池，烘烤時間一周左右； 53 :在原子池內(nèi)真空度達到KT5托爾以下后，將泵浦堿金屬原子和自旋碰撞交換中介 物質(zhì)依次充入原子池； S4:按照預(yù)先設(shè)計的比例，依次在原子池中充入惰性氣體原子幾托爾、緩沖氣體以及淬 滅氣體原子幾十至幾百托爾； 55 :待充氣完成后，對原子池進行熔融密封，經(jīng)熔融密封后的原子池帶有一個原子池 柄； 56 :將熔融密封后的原子池以150攝氏度的溫度加熱3至5天進行老化； 57 :老化后原子池中的過量堿金屬原子和自旋交換中介物質(zhì)將儲存在原子池柄中，將 原子池放入原子陀螺工作系統(tǒng)中的磁屏蔽罩內(nèi)，通過無磁加熱片將原子池加熱至工作溫度 (80-130)攝氏度； 58 :采用與堿金屬躍遷譜線對應(yīng)頻率的窄線寬高功率半導(dǎo)體激光器對堿金屬原子進 行泵浦，所述窄線寬高功率半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光經(jīng)過起偏器后成為線偏振光，所述線偏 振光經(jīng)過分光器分成兩路：一路光經(jīng)過^波片后變?yōu)閳A偏振光沿橫向照射原子池，在磁場 4 線圈產(chǎn)生穩(wěn)恒磁場的共同作用下，泵浦堿金屬原子使其極化，堿金屬原子先將自身極化傳 遞給自旋碰撞交換中介物質(zhì)后，由自旋碰撞交換中介物質(zhì)再將自身極化傳遞給惰性氣體原 子； 另一路光經(jīng)過一號反射鏡進行反射并經(jīng)衰減器衰減后再由二號反射鏡進行反射，此時 光路變?yōu)榕c第一路光傳播的方向垂直，即該路光沿縱向照射原子池，通過原子池后透射的 光經(jīng)三號反射鏡反射后通過光電探測器采集到電腦中，在電腦中分析堿金屬對光強的吸收 得到原子池內(nèi)惰性氣體原子的進動信息，進而解調(diào)出原子陀螺工作系統(tǒng)相對于慣性空間的 轉(zhuǎn)動角速度。
2. -種如權(quán)利要求1所述基于混合自旋交換光泵浦技術(shù)的原子核磁共振陀螺信號增 強方法，其特征在于：所述步驟Sl中制作原子池的方法如下：采用耐高溫的高硼硅玻璃材 料，利用吹玻璃技術(shù)加工出直徑8mm-100mm的球形原子池。
3. -種如權(quán)利要求1所述基于混合自旋交換光泵浦技術(shù)的原子核磁共振陀螺信號增 強方法，其特征在于：所述步驟Sl中制作原子池的方法如下：采用微加工技術(shù)在硅基片上 利用深反應(yīng)離子刻蝕和陽極鍵合方法加工出直徑近似為900iim的球形原子池。
4. 一種如權(quán)利要求1、2或3所述基于混合自旋交換光泵浦技術(shù)的原子核磁共振陀螺信 號增強方法，其特征在于：根據(jù)通光及加熱要求將原子池加工為圓柱形。
5. -種如權(quán)利要求1、2或3所述基于混合自旋交換光泵浦技術(shù)的原子核磁共振陀螺信 號增強方法，其特征在于：根據(jù)通光及加熱要求將原子池加工為正方形。
6. -種如權(quán)利要求1所述基于混合自旋交換光泵浦技術(shù)的原子核磁共振陀螺信號增 強方法，其特征在于：所述泵浦堿金屬為銣原子或銫原子。
7. -種如權(quán)利要求1所述基于混合自旋交換光泵浦技術(shù)的原子核磁共振陀螺信號增 強方法，其特征在于：所述自旋碰撞交換中介物質(zhì)為K原子或其他與惰性氣體自旋交換碰 撞截面較大的原子。
【文檔編號】G01C19/62GK104266640SQ201410541432
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】羅暉, 劉小虎, 曲天良, 楊開勇, 肖光宗, 汪之國 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
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