抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法

1.本发明涉及电子自旋极化波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量误差抑制技术领域，特别是一种抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，可用于抑制由检测光功率、频率波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统输出信号的误差。


背景技术：

2.工作在无自旋交换弛豫(spin-exchange relaxation-free，serf)机制下的原子自旋惯性测量或磁场测量装置是一种精密测量仪器，在前沿物理研究、心脑磁图测量以及高精度惯性导航等领域具有广泛的应用前景。
3.serf原子自旋惯性测量或磁场测量装置是通过光与原子相互作用，获得电子自旋极化率信息。因此，惯性测量或磁场测量装置长期稳定性的提升与原子自旋系综极化率的稳定性有着密切的关系。目前，有很多研究从抽运系统的角度出发竭尽所能的使原子自旋系综的极化率均匀且稳定。但是实验表明，惯性测量或磁场测量装置中仍然存在较大的电子自旋极化率波动。因此还需要从检测系统入手，提高电子自旋极化率稳定性，进一步减小serf原子自旋惯性测量或磁场测量装置的误差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，通过调节检测频率到其对电子自旋极化影响最小的工作点，并通过失谐频率闭环控制技术提高检测频率稳定性，使得serf原子自旋惯性测量或磁场测量系统的电子自旋极化率对检测频率波动不敏感，从而抑制检测光波动引起的误差，提高测量精度。
5.本发明的技术解决方案如下：
6.抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，通过改变检测光频率改变原子气室对抽运光的吸收量，根据抽运光透射光强快速判断检测光频率对电子自旋极化产生影响最小的点，作为最优工作点；当检测频率工作在该最优工作点时，检测光频率波动导致的极化率波动最小、引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统输出信号变化最小，从而抑制了检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量误差；通过调制解调方法获得抽运光透射光强相对于检测频率的一阶导数，以最优点的一阶导数作为控制目标，调整检测激光器控制器注入电流以实现检测光频率闭环，将检测光频率远失谐闭环至最优工作点。
7.包括以下步骤：
8.步骤1，启动原子自旋惯性测量或磁场测量系统，使原子达到极化稳定的状态，进行磁场补偿，以使原子自旋惯性测量或磁场测量系统正常工作；
9.步骤2，进行检测光频率扫描，监控电子自旋极化率，也即监控抽运光透射光强，寻找波长大于等于795nm，抽运光透射光强最低的检测频率作为工作点，该点作为降低检测频
率对电子自旋极化影响的最优工作点v0；
10.步骤3，在最优工作点待原子重新极化稳定后，进行磁场补偿，然后进入步骤4；
11.步骤4，在检测激光器电流控制器模块施加调制电压，调整调制幅度和频率，使其工作在不影响系统其他参数的工作模式，然后进入步骤5；
12.步骤5，将抽运光透射光强信号放大后接入锁相放大器，将输出的一阶导信号接入pid模块，pid模块输出的控制电压接入激光器控制器用以实时调整注入电流完成检测光频率的实时调整。
13.所述步骤1和/或步骤3中的磁场补偿采用以下通过三维磁补偿线圈实现的磁场交叉调制补偿方法：首先使用y方向磁补偿线圈在y方向施加幅度a＝(a
·
102)pt，0《a≤10)的方波磁场，改变z方向磁场，使得惯性角速率测量系统对y方向调制磁场的稳态响应差值为0，即找到z磁场补偿点，记录为bzc；然后，用z方向磁补偿线圈在z方向施加幅度a、偏置为bzc的方波磁场，改变y方向磁场，使得惯性角速率测量系统对z方向调制磁场的稳态响应差值为0，找到y磁场补偿点；最后，用z方向磁补偿线圈在z方向施加幅度a、偏置为(bzc+a)的方波磁场，改变x方向磁场，使得惯性角速率测量系统对z方向调制磁场的稳态响应差值为0，找到x磁场补偿点。
14.所述步骤4中包括以下调制参数确定方法：通过信号发生器向检测激光器电流控制器中输入正弦电压v＝v0+avsin(ωt)，v0为最优工作点v0对应的电压，电压调制幅度av不超过4v，4v对应注入电流为2ma，调制频率ω选择50hz～100hz之间的质数，t表示时间，该正弦电压注入激光器控制器后，产生的当前频率v＝v0+asin(ωt)，a表示频率震荡幅度，依次增大调制幅度和调制频率，观察稳光强系统的监控值和液晶控制电压，选择不增大二者噪声的最大值。
15.所述步骤2包括：设定当前检测频率作工作点v0＝c/(795nm
×
10-9
)，波长扫描范围为794.5nm～795.5nm，调整检测激光器控制器温度，并同时用波长计监控检测波长，以0.02nm为梯度，从794.5进行扫描，在扫描过程中，抽运光的透射光强在795nm的左右两侧存在两个最低点，采用右侧最低点作为最优工作点。
16.所述最优工作点为795.1nm
±
0.1nm。
17.对于最优频率工作点v0，其左侧系统对于检测频率的敏感系数为负，右侧为正，越接近最优点，敏感系数绝对值越小，抽运光透射光强越低。
18.所述原子自旋惯性测量或磁场测量系统包括检测激光光源，所述检测激光光源输出频率被控的检测光到稳光强模块，所述稳光强模块输出功率稳定的检测光到检测光起偏模块，所述检测光起偏模块输出近似理想线偏振光到气室，功率稳定的圆偏振抽运光穿越所述气室后通过抽运光透射光强模块输出透射光强一阶导与设定值的差到pid模块，所述pid模块通过调整激光器注入电流控制所述检测激光光源以实现检测光频率闭环，所述气室输出陀螺信号。
19.抽运光透射光强相对于检测光的响应模型用函数f(v)表示如下：
20.21.其中f(v)表示随检测光频率v变化的抽运光透射光强，r1是中间量，是中间量，是电子间自旋交换弛豫，是电子和核子的自旋交换弛豫，r
sd
是碰撞破坏弛豫，i
pr
是检测光功率，sm是偏振度，σ(v)即σ
probe
(v)表示与检测光频率v相关的检测光碰撞截面函数，n为原子数密度，l表示气室直径，e为自然常数，ai表示检测光班，h表示普朗克常量，σ
pump
表示抽运光的碰撞截面，w表示郎伯w函数，i(0)表示初始的抽运光强，z表示当前抽运光传播的位置，exp表示指数函数。
22.本发明的技术效果如下：本发明抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，通过改变检测频率改变原子气室对抽运光的吸收量，根据检测光的透射光强快速判断检测频率对电子自旋极化产生影响最小的点，作为最优工作点。当频率工作在该最优工作点时，检测光带来的极化率波动最小，检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统输出信号变化最小，从而抑制了检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量误差。在此基础上，通过调制解调方法获得抽运光透射光强相对于检测频率的一阶导数，以最优点的一阶导数作为控制目标，调整检测激光器控制器注入电流，达到检测频率闭环的目的。将检测频率远失谐闭环至最优工作点，能够进一步提高系统的稳定性。
23.本发明相对于现有技术优势在于：在研究中发现，原子自旋惯性测量或磁场测量装置的抽运光透射光强所代表的电子自旋极化率随检测光频率的增大具有确定的变化关系，呈现w型曲线。当该一阶导数为零时，处于且抽运光透射光强的最低点，代表着检测频率对惯性测量或磁场测量的电子自旋极化率影响最小的点，也是原子自旋惯性测量或磁场测量输出信号最稳定的点。该点被称本方法的最优工作点v0。本方法的判断依据是敏感系数和抽运光透射光强幅值，不需要知道具体的电子自旋极化率。因此操作简单且易于实现，能够在不增加新的器件的条件下，迅速找到检测频率的最优工作点。此外，该曲线的一阶导数零点只与气室压强有关，与其他参数无关，为检测频率的远失谐稳频提供了可能性。本文所提出的失谐检测频率优化与稳定方法，以抽运光透射光强一阶导数作为控制目标进行检测光频率闭环。只需要进行抽运透射光强、集成电路板、信号发生器和激光器控制器之间的简单链接，就能够完成基于气室光强吸收的稳频目标。该方法有利于惯性测量或磁场测量装置的小型化，且能够显著提升检测频率的稳定性，降低电子自旋极化误差，提高原子自旋惯性测量或磁场测量的精度和长期稳定性。
附图说明
24.图1是实施本发明抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法的流程图。图1中包括步骤1，启动系统，达到稳定状态；步骤2，改变检测频率，监控抽运透射光强；
25.步骤3，当前抽运透射光强是否为最低值，如果否，则返回步骤2，如果是，则进入步骤4；
26.步骤4，系统恢复稳定状态并补磁场；步骤5，在最优工作点启动频率闭环工作模式。
27.图2是实施本发明抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法所涉及的原子自旋惯性测量或磁场测量系统结构示意图。图2中包括检测激光光源，所述检测激光光源输出频率被控的检测光到稳光强模块，所述稳光强模块输出功率稳定的检测光到检测光起偏模块，所述检测光起偏模块输出近似理想线偏振光到气室，功率稳定的圆偏振抽运
光穿越所述气室后通过抽运光透射光强模块输出透射光强一阶导与设定值的差到pid模块(pid，proportional integral derivative，比例、积分和微分)，所述pid模块通过调整激光器注入电流控制所述检测激光光源(实现检测光频率闭环)，所述气室输出陀螺信号。
具体实施方式
28.下面结合附图(图1-图2)和实施例对本发明进行说明。
29.图1是实施本发明抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法的流程图。图2是实施本发明抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法所涉及的原子自旋惯性测量或磁场测量系统结构示意图。参考图1至图2所示，抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，通过改变检测光频率改变原子气室对抽运光的吸收量，根据抽运光透射光强快速判断检测光频率对电子自旋极化产生影响最小的点，作为最优工作点；当频率工作在该最优工作点时，检测光带来的极化率波动最小，检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统输出信号变化最小，从而抑制了检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量误差；通过调制解调方法获得抽运光透射光强相对于检测频率的一阶导数，以最优点的一阶导数作为控制目标，调整检测激光器控制器注入电流以实现检测光频率闭环，将检测光频率远失谐闭环至最优工作点。
30.包括以下步骤：步骤1，启动原子自旋惯性测量或磁场测量系统，使原子达到极化稳定的状态，进行磁场补偿，以使原子自旋惯性测量或磁场测量系统正常工作；步骤2，进行检测光频率扫描，监控电子自旋极化率，也即监控抽运光透射光强，寻找波长大于等于795nm，抽运光透射光强最低的检测频率作为工作点，该点作为降低检测频率对电子自旋极化影响的最优工作点v0；步骤3，在最优工作点待原子重新极化稳定后，进行磁场补偿，然后进入步骤4；步骤4，在检测激光器电流控制器模块施加调制电压，调整调制幅度和频率，使其工作在不影响系统其他参数的工作模式，然后进入步骤5；步骤5，将抽运光透射光强信号放大后接入锁相放大器，将输出的一阶导信号接入pid模块，pid模块输出的控制电压接入激光器控制器用以实时调整注入电流完成检测光频率的实时调整。
31.所述步骤1和/或步骤3中的磁场补偿采用以下通过三维磁补偿线圈实现的磁场交叉调制补偿方法：首先使用y方向磁补偿线圈在y方向施加幅度a＝(a
·
102)pt，0《a≤10)的方波磁场，改变z方向磁场，使得惯性角速率测量系统对y方向调制磁场的稳态响应差值为0，即找到z磁场补偿点，记录为bzc；然后，用z方向磁补偿线圈在z方向施加幅度a、偏置为bzc的方波磁场，改变y方向磁场，使得惯性角速率测量系统对z方向调制磁场的稳态响应差值为0，找到y磁场补偿点；最后，用z方向磁补偿线圈在z方向施加幅度a、偏置为(bzc+a)的方波磁场，改变x方向磁场，使得惯性角速率测量系统对z方向调制磁场的稳态响应差值为0，找到x磁场补偿点。所述步骤4中包括以下调制参数确定方法：通过信号发生器向检测激光器电流控制器中输入正弦电压v=v0+avsin(ωt)，v0为最优工作点v0对应的电压，电压调制幅度av不超过4v，4v对应注入电流为2ma，调制频率ω选择50hz～100hz之间的质数，t表示时间，该正弦电压注入激光器控制器后，产生的当前频率v＝v0+asin(ωt)，a表示频率震荡幅度，依次增大调制幅度和调制频率，观察稳光强系统的监控值和液晶控制电压，选择不增大二者噪声的最大值。
32.所述步骤2包括：设定当前检测频率作工作点v0＝c/(795nm
×
10-9
)，波长扫描范围
为794.5nm～795.5nm，调整检测激光器控制器温度，并同时用波长计监控检测波长，以0.02nm为梯度，从794.5进行扫描，在扫描过程中，抽运光的透射光强在795nm的左右两侧存在两个最低点，采用右侧最低点作为最优工作点。所述最优工作点为795.1nm
±
0.1nm。所述最优频率工作点v0，其左侧系统对于检测频率的敏感系数为负，右侧为正，越接近最优点，敏感系数绝对值越小，抽运光透射光强越低。所述原子自旋惯性测量或磁场测量系统包括检测激光光源，所述检测激光光源输出频率被控的检测光到稳光强模块，所述稳光强模块输出功率稳定的检测光到检测光起偏模块，所述检测光起偏模块输出近似理想线偏振光到气室，功率稳定的圆偏振抽运光穿越所述气室后通过抽运光透射光强模块输出透射光强一阶导与设定值的差到pid模块，所述pid模块通过调整激光器注入电流控制所述检测激光光源以实现检测光频率闭环，所述气室输出陀螺信号。
33.抽运光透射光强相对于检测光的响应模型用函数f(v)表示如下：
[0034][0035]
其中f(v)表示随检测光频率v变化的抽运光透射光强，r1是中间量，是中间量，是电子间自旋交换弛豫，是电子和核子的自旋交换弛豫，r
sd
是碰撞破坏弛豫，i
pr
是检测光功率，sm是偏振度，σ(v)即σ
probe
(v)表示与检测光频率v相关的检测光碰撞截面函数，n为原子数密度，l表示气室直径，e为自然常数，ai表示检测光班，h表示普朗克常量，σ
pump
表示抽运光的碰撞截面，w表示郎伯w函数，i(0)表示初始的抽运光强，z表示当前抽运光传播的位置，exp表示指数函数。
[0036]
本发明的技术原理为：
[0037]
原子自旋惯性测量或磁场测量系统中圆偏振光在碱金属气室中传播时其光功率衰减的规律可以被表示为：
[0038][0039]
式中各参数含义如下：
[0040]
i(z)是在抽运光传播方向也即z方向上的抽运光光强，n为原子数密度，σ
pump
为光子的吸收截面,p(z)是坐标z处碱金属原子的极化率大小表示为
[0041][0042]rop
是抽运光对碱金属的抽运率，它是一个与i(z)有关的函数。r
rel
表示电子弛豫相关项，由各种弛豫项组成，如电子间自旋交换弛豫电子和核子的自旋交换弛豫碰撞破坏弛豫r
sd
，检测光的抽运率rm等.r
rel
记作也可以表示为r
rel
＝r1+rm。可以表示为一个超越方程，并用郎伯w函数求解，表示为
[0043][0044]
i(0)表示初始的抽运光强，σ
pump
表示抽运光的碰撞截面，z表示当前抽运光传播的位置。值得注意的是，在i(z)的表达式中，与检测部分相关的项是r
rel
,它包含了检测光的抽运率rm。在普林斯顿大学的研究中，rm可以表示为以下形式。它是一个与检测功率i
pr
、频率v和偏振度sm相关的项。其中，σ
probe
(ν)表示检测光碰撞截面是一个与检测光频率相关的函数，ai表示检测光班，h表示普朗克常量，l表示气室直径，γ表示压力展宽，c表示光速，re表示电子半径，ν
d1
表示rb原子d1线跃迁对应的频率，e表示指数函数。在我们的原子自旋惯性测量或磁场测量系统中，由于检测功率已闭环，检测光采用线偏振光，sm是一个相对较稳定的值，因此在此本方法主要考虑检测光频率对纵向极化率的影响。
[0045][0046]
将rm带入i(z)中可以得到，抽运光透射光强也即纵向极化率相对于检测光的响应模型，记为函数f(v)。
[0047][0048]
当时，检测频率变化引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统电子自旋极化改变最少，即原子自旋惯性测量或磁场测量系统对由于检测频率波动引起的信号输出的波动最小，系统最稳定。当调节检测频率使时，就可以抑制检测频率波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量误差。
[0049]
在此基础上，根据f(v)的表达式还可以同时进行检测频率的远失谐频率闭环。对激光频率进行小幅度调制，则得到的频率为
[0050]
y＝y0+asin(ωt)
[0051]
其中ν0为最优工作点，a表示频率震荡幅度，ω是调制频率。因此，忽略调制对激光强度的影响，如果小幅调制被施加在探针频率上，得到的频率可以被表示为i＝f(v0+sin(ωt))
[0052]
经泰勒展开后可以变为
[0053][0054]
其中f1(ν0)表示v0处的一阶导数。该信号在二倍频下解调，提取直流分量以获得f的一阶导数。然后，一阶导数信号被反馈给pid控制器，以调整激光注入电流并稳定激光频率。
[0055]
一种抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，通过改变检测频率改变原子气室对抽运光的吸收量，根据检测光的透射光强快速判断检测频率对电子自旋极化产生影响最小的点，作为最优工作点。当频率工作在该最优工作点时，检测光带来的极化率波动最小，检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统输出信号变化最小，从而抑制了检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量误差。在此基础上，通过调制解调方法获得抽运光透射光强相对于检测频率的一阶导数，以最优点的一阶导数作为控制目标，调整检测激光器控制器注入电流，达到检测频率闭环的目的。将检测频率远失谐闭环至最优工作点，能够进一步提高系统的稳定性。
[0056]
如图1-2所示，分别表示了本发明的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法流程和检测频率远失谐频率闭环系统。
[0057]
其具体实施步骤如下：
[0058]
(1)启动原子自旋惯性测量或磁场测量装置，使原子达到极化稳定的状态，进行磁场补偿，即使原子自旋惯性测量或磁场测量系统正常工作；
[0059]
其中，抽运激光器提供中心频率在k原子的d1谐跃迁的泵浦光，该抽运光被饱和吸收锁频技术锁定频率。抽运光首先被一对平凸透镜扩展成一个8毫米的圆形光斑，以保证能尽可能的覆盖气室。然后通过液晶模块稳定功率，最后被光隔离模块偏起偏成全圆偏振光，然后进入气室。抽运光被气室吸收后，剩余的成分进入放置在屏蔽桶后的光电探测器接收采集并输出。检测激光器提供了与rb的d1跃迁的红边失谐的检测光，它的光斑直径为1mm。检测光路具有与抽运光路一样的光功率稳定模块。此外，在进入气室之前，使用glan-taylor棱镜进行起偏，以确保检测光的线性度。末端的平衡偏振仪可以实现serf共磁强计输出的高灵敏度测量。此外包裹气室的烤箱提供所需的高温。外层磁屏蔽材料进行被动磁屏蔽，内层的三周磁补偿线圈进行主动磁补偿，以实现原子serf态提供极弱磁环境。
[0060]
(2)进行检测光频率扫描，监控电子自旋极化率，也即抽运光透射光强，寻找795nm以上，抽运光透射光强最低的检测频率作为工作点v0，该点作为检测频率到对电子自旋极化影响最优工作点；
[0061]
当前检测频率作工作点v0＝c/(795nm
×
10-9
)，波长扫描范围为794.5nm～795.5nm，调整检测激光器控制器温度，并同时用波长计监控检测波长，以0.02nm为梯度，从794.5进行扫描。在该过程中，抽运光的透射光强在795nm的左右两侧存在两个最低点。本方法采用右侧最低点作为最优工作点，通常在795.1nm附近。
[0062]
(3)在最优工作点待原子重新极化稳定后，进行磁场补偿，然后进入稳频步骤(4)；
[0063]
(4)在检测激光器电流控制器模块施加调制电压，调整调制幅度和频率，使其工作在不影响系统其他参数的工作模式，然后进入闭环步骤；
[0064]
通过信号发生器向检测激光器电流控制器中输入正弦电压v＝v0+avsin(ωt)，调制幅度不超过4v(对应注入电流为2ma)，调制频率选择50hz-100 hz之间的质数。依次增大调制幅度和调制频率，观察稳光强系统的监控值和液晶控制电压，选择不增大二者噪声的最大值
[0065]
(5)将此时的抽运光透射光强信号放大后接入锁相放大器，将输出的一阶导信号接入pid模块，pid模块输出的控制电压接入激光器控制器用以实时调整注入电流完成检测频率的实时调整。
[0066]
在该最优工作点v0，检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统输出信号变化最小，从而抑制或大幅减小检测光波动引起的原子自旋惯性测量/磁场测量误差。
[0067]
一种抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，通过调节检测频率改变气室内碱金属对检测光的吸收，从而降低检测光的抽运效应，进而抑制检测光波动引起的惯性或磁场测量的电子自旋极化误差，最终降低原子自旋惯性或磁场测量的误差。在此基础上，根据抽运光透射光强与检测频率的关系，提出了远失谐频率闭环技术。通过实时调整检测激光管注入电流，将抽运光透射光强稳定在其相对于检测频率的一阶导数零点，也即检测频率对电子自旋极化影响最小的点。
[0068]
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

技术特征：
1.抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，通过改变检测光频率改变原子气室对抽运光的吸收量，根据抽运光透射光强快速判断检测光频率对电子自旋极化产生影响最小的点，作为最优工作点；当频率工作在该最优工作点时，检测光带来的极化率波动最小，检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统输出信号变化最小，从而抑制了检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量误差；通过调制解调方法获得抽运光透射光强相对于检测频率的一阶导数，以最优点的一阶导数作为控制目标，调整检测激光器控制器注入电流以实现检测光频率闭环，将检测光频率远失谐闭环至最优工作点。2.根据权利要求1所述的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，启动原子自旋惯性测量或磁场测量系统，使原子达到极化稳定的状态，进行磁场补偿，以使原子自旋惯性测量或磁场测量系统正常工作；步骤2，进行检测光频率扫描，监控电子自旋极化率，也即监控抽运光透射光强，寻找波长≥795nm、抽运光透射光强最低的检测频率作为工作点，该点作为降低检测频率对电子自旋极化影响的最优工作点；步骤3，在最优工作点等待原子重新极化稳定后，进行磁场补偿，然后进入步骤4；步骤4，在检测激光器电流控制器模块施加调制电压，调整调制幅度和频率，使其工作在不影响系统其他参数的工作模式，然后进入步骤5；步骤5，将抽运光透射光强信号放大后接入锁相放大器，将输出的一阶导信号接入pid模块，pid模块输出的控制电压接入激光器控制器用以实时调整注入电流完成检测光频率的实时调整。3.根据权利要求2所述的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，所述步骤1和/或步骤3中的磁场补偿采用以下通过三维磁补偿线圈实现的磁场交叉调制补偿方法：首先使用y方向磁补偿线圈在y方向施加幅度a＝(a
·
102)，0<a≤10)的方波磁场，改变z方向磁场，使得惯性角速率测量系统对y方向调制磁场的稳态响应差值为0，即找到z磁场补偿点，记录为bzc；然后，用z方向磁补偿线圈在z方向施加幅度a、偏置为bzc的方波磁场，改变y方向磁场，使得惯性角速率测量系统对z方向调制磁场的稳态响应差值为0，找到y磁场补偿点；最后，用z方向磁补偿线圈在z方向施加幅度a、偏置为(bzc+a)的方波磁场，改变x方向磁场，使得惯性角速率测量系统对z方向调制磁场的稳态响应差值为0，找到x磁场补偿点。4.根据权利要求2所述的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，所述步骤4中包括以下调制参数确定方法：通过信号发生器向检测激光器电流控制器中输入正弦电压v＝v0+avsin(ωt)，v0为最优工作点v0对应的电压，电压调制幅度av不超过4v，4v对应注入电流为2ma，调制频率ω选择50hz～100hz之间的质数，t表示时间，该正弦电压注入激光器控制器后，产生的当前频率v＝v0+asin(ωt)，a表示频率震荡幅度，依次增大调制幅度和调制频率，观察稳光强系统的监控值和液晶控制电压，选择不增大二者噪声的最大值。5.根据权利要求2所述的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，所述步骤2包括：设定当前检测频率作工作点v0＝c/(795nm
×
10-9
)，波长扫描范
围为794.5nm～795.5nm，调整检测激光器控制器温度，并同时用波长计监控检测波长，以0.02nm为梯度，从794.5进行扫描，在扫描过程中，抽运光的透射光强在795nm的左右两侧存在两个最低点，采用右侧最低点作为最优工作点。6.根据权利要求5所述的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，所述最优工作点为795.1nm
±
0.1nm。7.根据权利要求2所述的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，对于最优频率工作点，其左侧系统对于检测频率的敏感系数为负，右侧为正，越接近最优点，敏感系数绝对值越小，抽运光透射光强越低。8.根据权利要求1所述的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，所述原子自旋惯性测量或磁场测量系统包括检测激光光源，所述检测激光光源输出频率被控的检测光到稳光强模块，所述稳光强模块输出功率稳定的检测光到检测光起偏模块，所述检测光起偏模块输出近似理想线偏振光到气室，功率稳定的圆偏振抽运光穿越所述气室后通过抽运光透射光强模块输出透射光强一阶导与设定值的差到pid模块，所述pid模块通过调整激光器注入电流控制所述检测激光光源以实现检测光频率闭环，所述气室输出陀螺信号。9.根据权利要求1所述的抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，其特征在于，抽运光透射光强相对于检测光的响应模型用函数f(v)表示如下：其中f(v)表示随检测光频率v变化的抽运光透射光强，r1是中间量，是中间量，是电子间自旋交换弛豫，是电子和核子的自旋交换弛豫，是碰撞破坏弛豫，i
pr
是检测光功率，s
m
是偏振度，σ(v)即表示与检测光频率v相关的检测光碰撞截面函数，n为原子数密度，表示气室直径，e为自然常数，表示检测光班，表示普朗克常量，表示抽运光的碰撞截面，w表示郎伯w函数，i(0)表示初始的抽运光强，z表示当前抽运光传播的位置，exp表示指数函数。

技术总结
抑制电子自旋极化误差的失谐检测频率优化与稳定方法，通过改变检测频率改变原子气室对抽运光的吸收量，根据检测光的透射光强快速判断检测频率对电子自旋极化产生影响最小的点，作为最优工作点。当频率工作在该最优工作点时，检测光带来的极化率波动最小，检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量系统输出信号变化最小，从而抑制了检测光波动引起的原子自旋惯性测量或磁场测量误差。在此基础上，通过调制解调方法获得抽运光透射光强相对于检测频率的一阶导数，以最优点的一阶导数作为控制目标，调整检测激光器控制器注入电流，达到检测频率闭环的目的。将检测频率远失谐闭环至最优工作点，能够进一步提高系统的稳定性。性。性。


技术研发人员：刘峰 魏瑶 刘祀浔 范文峰 全伟
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/24