[发明专利]一种原子自旋惯性测量装置抽运检测激光正交对准方法

权利要求书

1.一种原子自旋惯性测量装置抽运检测激光正交对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过光阑对抽运激光和检测激光的指向进行粗对准：在安装碱金属气室之前，在原子自旋惯性测量装置的磁屏蔽筒支撑结构抽运激光和检测激光的通光孔处分别安装两个光阑，分别调节抽运激光和检测激光的指向，使抽运激光和检测激光透过光阑的光功率最大，实现激光和检测激光指向正交粗对准；

（2）在步骤（1）抽运激光和检测激光指向粗对准的基础上利用原子自旋进动信号对抽运激光指向进行精对准，实现步骤为：安装碱金属气室并在抽运激光经过气室后的出光位置安装一个光电探测器用于探测抽运激光出光功率，启动气室加热，将气室温度加热至正常工作温度，在z轴方向施加一个主磁场，待原子自旋极化稳定后，通过交叉调制方法找到混合原子自旋系综的磁补偿点，使原子自旋惯性测量装置进入正常工作状态，然后在x轴或y轴方向施加一个交流磁场，通过锁相放大器锁定检测激光探测到的旋光角信号幅度，微调抽运激光指向，使锁放锁定的幅度最大，同时保证出光光电探测器探测到的激光功率最大，实现抽运激光与碱金属气室实现精确对准，从而保证抽运激光对原子自旋的高效抽运；

（3）在步骤（2）抽运激光指向精确对准的基础上，以抽运激光指向为基准，调节x轴、y轴和z轴磁场的合磁场方向与抽运激光指向平行，基本步骤为：在x轴或y轴施加一个脉冲磁场以诱导原子自旋进动，通过调节x轴和y轴补偿磁场的大小使得抽运出光探测器探测到的进动信号最小，此时合磁场方向与抽运激光指向平行；

（4）在步骤（3）合磁场方向与抽运激光指向平行的基础上，以合磁场方向也即抽运激光指向为基准，调节检测激光指向与合磁场方向垂直，实现步骤为：通过磁场梯度线圈施加磁场梯度使原子自旋退极化，然后通过快速开关抽运激光，微调检测激光的指向，使检测激光探测到的旋光角稳态信号在开关抽运光时的差值为零，从而实现检测激光指向与合磁场方向正交对准，也即实现抽运激光指向和检测激光指向的精确正交对准。

2.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运检测激光正交对准方法，其特征在于：所述步骤（1）中，光阑的通光孔直径不超过1mm，分别安装在原子自旋惯性测量装置激光进气室方向和出气室方向的磁屏蔽筒支撑结构上，根据两点确定一条直线的原理和机械结构保证抽运激光和检测激光的准直和正交，为原子自旋惯性测量装置抽运激光和检测激光指向的调节提供机械基准。

3.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运检测激光正交对准方法，其特征在于：所述步骤（1）中，抽运激光的功率设定在原子自旋惯性测量装置的标度因数随抽运激光功率的变化的拐点之前，即在所设定的抽运激光的功率处，测量装置的标度因数随着抽运激光的功率的增大而增大，保证检测激光探测到的旋光角信号强度随抽运光功率单调变化，抽运激光指向与碱金属气室对得越准，旋光角信号强度越强。

4.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运检测激光正交对准方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所安装的探测抽运激光出光功率的光电探测器通过机械结构保证与碱金属气室通光孔正对准。

5.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运检测激光正交对准方法，其特征在于：所述步骤（2）中，沿z轴方向施加的磁场大小为核自旋自补偿磁场的3倍以上，以束缚原子自旋沿合磁场方向，同时抑制检测光抽运效应引入的对准误差。

6.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运检测激光正交对准方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所施加的脉冲磁场的频率和幅值以诱导出原子自旋进动信号为准。

7.根据权利要求1所述的原子自旋惯性测量装置抽运检测激光正交对准方法，其特征在于：所述步骤（3）中，在x轴或y轴施加一个脉冲磁场为交变磁场，交变磁场的频率远离核自旋共振频率，使得核自旋对交变磁场不响应，使测量输出信号仅反映电子自旋对该交变磁场的测量灵敏，避免核自旋进动引入对准误差。