一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法

1.本发明涉及原子陀螺仪领域，特别是一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法。


背景技术：

2.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，其中原子自旋极化梯度弛豫是一项重要因素。serf原子自旋惯性测量系统中，极化梯度的主要来源为碱金属原子极化时对于抽运光的吸收，光抽运率在沿着抽运光传播方向衰减，抽运率与电子弛豫率共同作用于电子极化率，因此在气室内出现极化梯度。通常serf原子自旋惯性测量系统的工作温度点为170℃～200℃，此时原子对抽运光的吸收作用剧烈，气室内的极化梯度成为一项重要误差来源。
3.由于费曼接触作用，极化的惰性气体核自旋与碱金属电子自旋感受到彼此的磁场，因此当电子自旋极化率存在梯度时，核自旋感受到的磁场(电子极化等效磁场)存在梯度。在电子自旋极化梯度存在的情况下，不同位置处的核自旋感受到来自电子自旋的磁场不同，因此核自旋的进动频率也不同，核自旋的进动一致性变差。同时，电子自旋极化纵向梯度的存在将会导致核自旋横向弛豫，削弱核自旋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。进行气室内的核自旋横向弛豫测量，并分离出极化梯度弛豫项，评估气室内的极化梯度水平是抑制极化梯度的基础，为降低serf原子自旋惯性测量系统的弛豫、增强磁补偿能力、提升核自旋磁场提供评估手段。
4.在serf惯性测量装置中，针对抽运光对核自旋横向弛豫的影响，利用光学快门实现抽运光路的打开与关闭，间隔固定时间打开抽运光，提取核自旋进动幅值后迅速关闭，提取当前点的核自旋进动幅值，拟合得到核自旋横向弛豫率。并通过优化测试参数(开光时间、开光间隔、抽运激光功率、z向磁场bz)，消除短暂开光时抽运光对核自旋横向弛豫率的影响，优化参数后测得的核自旋横向弛豫为非极化梯度弛豫率。将非极化梯度弛豫率与连续抽运状态下的核自旋横向弛豫率相减，可得到各个连续抽运激光功率点下的极化梯度弛豫率。为气室内的非极化梯度弛豫率以及极化梯度水平评估提供了测量方法。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法。
6.本发明的技术解决方案如下：
7.一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.步骤1，在原子自旋惯性测量装置中初始设定工作点参数，所述工作点参数包括气室温度与抽运激光功率，利用抽运激光极化碱金属气室中的碱金属电子，进而超极化惰性
气体核自旋；
9.步骤2，主磁场方向施加大于补偿点的z向磁场bz，使得电子自旋与核自旋之间进动解耦；
10.步骤3，在横向施加y向磁场by后去除，使得核自旋以bz的方向为轴进动，核自旋在x向与y向有投影，测量核自旋横向极化率分量的初始进动幅值；
11.步骤4，关闭抽运激光，电子退极化，核自旋在无抽运激光作用下自由进动衰减，此时核自旋的横向弛豫时间仅与非极化梯度弛豫项有关；
12.步骤5，间隔固定时间，打开抽运激光极化电子自旋，提取当前时间点的核自旋进动幅值，在开光期间电子迅速极化，极化的电子自旋随着核自旋的进动而进动，通过电子自旋横向极化率提取核自旋信号，得到当前核自旋进动幅值；
13.步骤6，数据提取拟合。提取每个开光周期的核自旋进动幅值，拟合得到当前状态下的核自旋横向弛豫率。
14.还包括步骤7，优化测试参数，所述测试参数包括开光时间、开光间隔、抽运激光功率、和z向磁场bz，在开光时间大于电子自旋纵向弛豫时间的前提下减小开光时间，增大开关抽运激光的时间间隔，减小抽运激光功率，增大主磁场bz直至核自旋横向弛豫率不随上述参量的变化而减小，对应的各项参数即为优化后的测试参数。
15.还包括步骤8，基于优化测试参数，测得的核自旋横向弛豫率为非极化梯度弛豫率，测试连续抽运激光作用下的横向弛豫率，二者的差值为连续激光工作点处的极化梯度弛豫，计算不同功率点的极化梯度弛豫。
16.所述步骤7中的开光时间和开光间隔通过在碱金属气室抽运光输入侧的抽运激光光路上设置光学快门实现。
17.所述步骤1中的原子自旋惯性测量装置包括依次串联的抽运激光器、第一凸透镜、第一偏振片、液晶、第二偏振片、第二凸透镜和反射镜，所述反射镜依次通过第一波片和第一分束镜透射侧连接光学快门的一侧，所述光学快门的另一侧通过碱金属气室连接第二光电探测器，所述第二光电探测器连接信号采集系统第一输入端口，第一分束镜反射侧通过第一光电探测器和功率控制系统连接所述液晶。
18.所述步骤1中的原子自旋惯性测量装置包括依次串联的检测激光器、第三偏振片、第二波片、第二分束镜透射侧、碱金属气室、第四波片和沃拉斯顿棱镜连接第一差分光电探测器，所述第一差分光电探测器连接信号采集系统第三输入端口，第二分束镜反射侧通过第三光电探测器连接信号采集系统第二输入端口。
19.所述步骤1中的碱金属气室外围向外依次设置加热膜、线圈、铁氧体和屏蔽筒。
20.本发明的技术效果如下：本发明一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，利用光学快门实现抽运光的开关，测得气室内的核自旋横向弛豫(包含非极化梯度弛豫与极化梯度弛豫)，通过对系统参数进行优化设置，可剔除抽运光对核自旋的影响，分别得到核自旋的非极化梯度弛豫率与极化梯度弛豫率。本方法不需要施加额外的激光，可实现核自旋非极化梯度弛豫的原位测量，间隔固定时间打开抽运光即可测试，对serf惯性测量系统得影响小。
附图说明
21.图1为实施本发明一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法的流程示意图。图1中包括如下步骤：步骤1，初始设定气室温度与抽运激光功率等工作点参数，利用抽运激光极化碱金属电子，进而超极化惰性气体核自旋，使得系统处于极化完成状态；步骤2，主磁场方向施加大于补偿点的磁场bz，使得电子自旋与核自旋之间进动解耦；步骤3，在y向施加磁场后去除，核自旋以bz为轴进动，核自旋在x向与y向有投影，测量核自旋初始进动幅值；步骤4，关闭抽运光，电子退极化，核自旋在无抽运激光状态下进动衰减，此时核自旋的横向弛豫时间仅与非极化梯度弛豫项有关；步骤5，间隔固定时间，打开抽运光极化电子自旋，提取当前时间点的核自旋进动幅值，在开光期间电子迅速极化，极化的电子自旋随着核自旋的进动而进动，通过电子自旋横向极化率提取核自旋信号，得到当前核自旋进动幅值；步骤6，提取每个开光时间点的进动幅值，直至幅值为0，拟合得到核自旋横向弛豫率；步骤7，优化测试参数，开光时间大于电子自旋纵向时间即可，减小开光时间、增大开关抽运光的时间间隔、减小抽运激光功率、增大主磁场bz直至核自旋横向弛豫不随上述参量的变化而减小，对应的各项参数(开光时间、开光间隔、抽运激光功率、z向磁场bz)即为优化后的测试参数；步骤8，基于优化测试参数，测得的横向弛豫率为非极化梯度弛豫率，测试连续抽运激光作用下的横向弛豫率，二者的差值为连续激光工作点处的极化梯度弛豫，计算不同功率点的极化梯度弛豫。
22.图2为实施本发明基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法所利用的原子自旋惯性测量装置结构示意图。
23.附图标记列示如下：1-抽运激光器；2-第一凸透镜；3-第一偏振片；4-液晶；5-第二偏振片；6-第二凸透镜；7-反射镜；8-第一波片；9-第一分束镜；10-第一光电探测器；11-功率控制系统；12-光学快门；13-第二光电探测器；14-检测激光器；15-第三偏振片；16-第二波片；17-第三光电探测器；18-第二分束镜；19-第四波片；20-沃拉斯顿棱镜；21-第一差分光电探测器；22-屏蔽筒；23-铁氧体；24-线圈；25-加热膜；26-碱金属气室；27-信号采集系统。
具体实施方式
24.下面结合附图(图1-图2)和实施例对本发明进行说明。
25.图1为实施本发明一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法的流程示意图。图2为实施本发明基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法所利用的原子自旋惯性测量装置结构示意图。参考图1至图2所示，一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，包括以下步骤：步骤1，在原子自旋惯性测量装置中初始设定工作点参数，所述工作点参数包括气室温度与抽运激光功率，利用抽运激光极化碱金属气室中的碱金属电子，进而超极化惰性气体核自旋；步骤2，主磁场方向施加大于补偿点的z向磁场bz，使得电子自旋与核自旋之间进动解耦；步骤3，在横向施加y向磁场by后去除，使得核自旋以bz的方向为轴进动，核自旋在x向与y向有投影，测量核自旋横向极化率分量的初始进动幅值；步骤4，关闭抽运激光，电子退极化，核自旋在无抽运激光作用下自由进动衰减，此时核自旋的横向弛豫时间仅与非极化梯度弛豫项有关；步骤5，间隔固定时间，打开抽运激光极化电子自旋，提取当前时间点的核自旋进动幅值，在开光期间电子迅速极化，极化的电子自旋随着核自旋的
进动而进动，通过电子自旋横向极化率提取核自旋信号，得到当前核自旋进动幅值；步骤6，数据提取拟合。提取每个开光周期的核自旋进动幅值，拟合得到当前状态下的核自旋横向弛豫率。
26.还包括步骤7，优化测试参数，所述测试参数包括开光时间、开光间隔、抽运激光功率、和z向磁场bz，在开光时间大于电子自旋纵向弛豫时间的前提下减小开光时间，增大开关抽运激光的时间间隔，减小抽运激光功率，增大主磁场bz直至核自旋横向弛豫率不随上述参量的变化而减小，对应的各项参数即为优化后的测试参数。还包括步骤8，基于优化测试参数，测得的核自旋横向弛豫率为非极化梯度弛豫率，测试连续抽运激光作用下的横向弛豫率，二者的差值为连续激光工作点处的极化梯度弛豫，计算不同功率点的极化梯度弛豫。所述步骤7中的开光时间和开光间隔通过在碱金属气室抽运光输入侧的抽运激光光路上设置光学快门实现。
27.所述步骤1中的原子自旋惯性测量装置包括依次串联的抽运激光器1、第一凸透镜2、第一偏振片3、液晶4、第二偏振片5、第二凸透镜6和反射镜7，所述反射镜7依次通过第一波片8和第一分束镜9透射侧连接光学快门12的一侧，所述光学快门12的另一侧通过碱金属气室26连接第二光电探测器13，所述第二光电探测器13连接信号采集系统27第一输入端口，第一分束镜9反射侧通过第一光电探测器10和功率控制系统11连接所述液晶4。所述步骤1中的原子自旋惯性测量装置包括依次串联的检测激光器14、第三偏振片15、第二波片16、第二分束镜18透射侧、碱金属气室26、第四波片19和沃拉斯顿棱镜20连接第一差分光电探测器21，所述第一差分光电探测器21连接信号采集系统27第三输入端口，第二分束镜18反射侧通过第三光电探测器17连接信号采集系统27第二输入端口。所述步骤1中的碱金属气室26外围向外依次设置加热膜25、线圈24、铁氧体23和屏蔽筒22。
28.一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，实现核自旋非极化梯度弛豫与极化梯度弛豫的分离测试。施加横向磁场使核自旋以纵向主磁场bz为主轴进动，通过光学快门实现抽运光的打开与关闭，间隔固定时间快速打开抽运光极化碱金属电子自旋，以提取每个开光时间点的核自旋进动幅值。拟合各个时间点的核自旋进动幅值，即可得到当前工作状态下的核自旋横向弛豫率，通过优化测试参数(开光时间、开光间隔、抽运激光功率、z向磁场bz)，消除了抽运光对核自旋弛豫率的影响，开关抽运光测得的核自旋横向弛豫即为非极化梯度弛豫率。将非极化梯度弛豫率与连续抽运状态下的核自旋横向弛豫率相减，可得到各个连续抽运激光功率点下的极化梯度弛豫率。本方法通过开关抽运光与测试参数优化可消除抽运光对核自旋弛豫的影响，实现核自旋非极化梯度弛豫与极化梯度弛豫的原位测量，为serf原子自旋惯性测量装置中原子极化梯度的评估提供有力依据。
29.图2中包括抽运光路(从抽运激光器1-第一数字反射镜7-第二光电探测器13)、检测光路(从检测激光器14-第一差分光电探测器21)、屏蔽筒22、铁氧体23、线圈24、加热膜25、气室26。其中抽运光路包括第一凸透镜2、第一偏振片3、液晶4、第二偏振片5、第二凸透镜6，反射镜7、第一波片8、第一分束镜9、第一光电探测器10、光学快门12，第二光电探测器13。分束镜的反射端连接功率控制系统11的反馈端，功率控制系统11的控制端与液晶4相连。检测光路包括第三偏振片15、第二波片16、第二分束镜18、第三光电探测器17、第四波片19、沃拉斯顿棱镜20、第一差分光电探测器21。光电探测器13、17、21与信号采集系统27相连，提取两束激光功率信息与碱金属气室26中的核自旋的进动信息。
30.参考图1，一种基于开关抽运光的原子自旋横向弛豫测量方法，测量步骤为：
31.步骤1，初始设定气室温度与抽运激光功率等工作点参数，装置处于正常陀螺工作状态(核自旋自补偿点)，对角速率有响应信号。将原子自旋惯性测量装置中的碱金属气室加热至目标工作温度，利用抽运激光极化碱金属电子，进而超极化惰性气体核自旋，使得系统处于极化状态。
32.步骤2，电子自旋与核自旋进动解耦。主磁场方向z向施加远大于补偿点的磁场bz，使得电子自旋与核自旋进动解耦。
33.步骤3，测量初始幅值。在横向施加磁场by后去除，使得核自旋以bz的方向为轴进动，核自旋在x向与y向有投影。测量核自旋横向极化率分量的初始幅值。
34.步骤4，关闭抽运光，电子退极化。核自旋在无抽运光作用下自由进动衰减，此时核自旋的横向弛豫时间仅与非极化梯度弛豫项有关。
35.步骤5，间隔固定时间提取核自旋进动幅值。间隔固定时间，快速打开抽运光后关闭，在开光期间电子迅速极化，极化的电子自旋随着核自旋的进动而进动，通过电子自旋横向极化率提取核自旋信号，得到当前核自旋进动幅值。
36.步骤6，数据提取拟合。提取每个开光周期的核自旋进动幅值，拟合得到当前状态下的核自旋横向弛豫率。
37.步骤7，设定测试参数优化。设定开光时间大于电子自旋纵向弛豫时间，保证电子自旋被有效极化。增大开关抽运光的时间间隔，抽运光导致的极化梯度对于核自旋的作用减小，直至非极化梯度弛豫率不再随着开光间隔的增大而降低，选定该时间间隔。增大z向主磁场bz，电子自旋与核自旋之间的解耦效果越好。降低抽运激光功率，在有效的开光时间内，电子自旋极化梯度弛豫对核自旋的影响越小。增大bz、降低抽运激光功率直至弛豫率r2不再随着z向磁场的增大及抽运激光功率的减小而减小，选定z向磁场bz与抽运激光功率。此时得到系统优化后的测试参数。
38.步骤8，计算不同功率点的极化梯度弛豫。在优化测试参数下，通过开关抽运光测试核自旋横向弛豫r2，此时的r2剔除了抽运光对核自旋弛豫的影响，测得的r2即为非极化梯度弛豫。极化梯度弛豫为当前工作激光功率点连续抽运下的总弛豫r2与非极化梯度弛豫项的差值。通过测试连续抽运激光作用下的r2，即可得到系统中的横向极化梯度弛豫。
39.本发明的原理在于：
40.原子自旋惯性测量装置中的总核自旋横向弛豫r2可以表示为
[0041][0042][0043]
其中为电子自旋极化梯度导致的核自旋极化梯度弛豫，为非极化梯度弛豫项。r
quad
为电四极矩弛豫，r
se
为惰性气体ne原子与碱金属电子之间的交换交换弛豫，r
sd
为ne原子之间的碰撞弛豫，r2中仅与抽运光对核自旋的作用有关。当抽运光极化电子时，由于未极化原子对抽运光的吸收，沿着抽运光的传播方向，存在光抽运率梯度，光抽运率r
p
(z)随着抽运光通过气室内路径长度z的衰减方程表示为：
[0044]
[0045]
其中，pe(z)为抽运光通过气室内路径长度z处的电子自旋极化率，σv为光子吸收截面积，nk表示碱金属k原子的密度。
[0046]
沿着抽运光传播方向(z向)，电子自旋极化率梯度可以表示为
[0047][0048]
其中z1、z2为沿着z向的两个位置点，为该点处的极化率。极化率与光抽运率r
p
(z)和碱金属电子自旋弛豫率r
rel
有关。
[0049][0050]
极化梯度弛豫与极化梯度的关系可以表示为
[0051][0052]
其中当气室温度与气压确定后，α为与抽运功率无关的常数，dn为惰性气体在气室内的扩散系数，w为朗伯函数，e为自然常数，r
p0
为入射点的抽运率，r
rel
为碱金属电子弛豫率，d为气室直径，nk表示碱金属k原子的密度。根据上式，无入射抽运光时，r
p0
＝0，则此时的r2仅剩下非极化梯度弛豫，因此，在关闭抽运光的状态下，核自旋以非极化梯度弛豫率衰减。但由于抽运光的关闭后电子迅速退极化，核自旋的幅值衰减信息难以提出。因此，通过间隔一段时间快速的打开抽运光并关闭，来提取当前时间点的核自旋衰减幅值，核自旋呈现e指数衰减，将衰减曲线的幅值间隔固定时间提取出并进行拟合，测得得核自旋横向弛豫即为非极化梯度弛豫。在此过程中，仅打开抽运光的间隔抽运光的作用会导致极化梯度弛豫，因此需要对抽运光开光期间的抽运光功率和主磁场、以及开光时间间隔和开光时长进行测试参数的优化。
[0053]
首先是开光时长与开光时间间隔的选取，抽运光与原子的作用时间越短，对核自旋弛豫的影响越小。开光时间的选取需大于电子自旋纵向弛豫时间，电子自旋纵向弛豫时间在毫秒量级，而在serf惯性测量系统中，核自旋非极化梯度弛豫时间通常在千秒量级，因此开光时间设定大于电子纵向弛豫时间后，对测试的影响较小。开光时间间隔的选取，理论上随着开关抽运光间隔的增大，抽运光对原子的总体作用越弱，极化梯度弛豫越小，因此不断地增加开光间隔，直至随着开光间隔的增大，r2不再减小。选定该时间间隔为优化点。
[0054]
其次是抽运光功率与主磁场的优化选取。由于小功率下，极化梯度弛豫较小，减小抽运光功率，直至通过开关抽运光测得的横向弛豫不再随着抽运光的减小而降低，即选定当前功率点为优化点，完成抽运功率的优化。在核自旋自补偿点的工作状态下，电子自旋和核自旋耦合。通过在主磁场方向z向施加偏置bz的磁场，使电子自旋与核自旋之间的进动解耦。由于随着bz的增大，在同等横向磁场by下能达到的横向核自旋幅值不同，而核自旋幅值将会影响横向弛豫的拟合，幅值减小时，拟合误差会增大。因此主磁场bz从补偿点开始增
大，直至开关抽运光测得的横向弛豫不再随着bz的增大而降低。选定此时的bz为主磁场设定值，完成主磁场的参数优化。至此得到系统优化后的测试参数。
[0055]
在serf原子自旋惯性测量装置中，通过抽运光极化电子自旋进而超极化核自旋，使得系统处于极化状态。然后在纵向施加磁场bz，使得电子自旋与核自旋之间得进动解耦。横向施加磁场偏置by，使得核自旋以bz的方向为轴进动。然后关闭抽运光，使得核自旋横向极化率以非极化梯度弛豫率衰减，间隔固定时间打开抽运光，电子自旋被快速极化，通过电子自旋横向极化率提取当前时刻的核自旋进动幅值，进而得到每个开光周期的核自旋进动幅值，拟合得到当前状态下的横向弛豫r2。在测试过程中，未优化测试参数时，抽运光的短暂引入将会导致微弱的影响，因此需要对测试参数(开光时间、开光间隔、抽运激光功率、z向磁场bz)优化。设定开光时间大于电子自旋纵向弛豫时间，增大开关抽运光的时间间隔，直至横向弛豫率不再随着开光间隔的增大而降低，选定此时的时间间隔。降低抽运激光功率，在有效的开光时间内，电子极化率越小，电子自旋极化梯度弛豫对核自旋的影响越小。增大z向磁场，电子自旋与核自旋之间的解耦效果越好。在前述选定的开光时间与开光间隔的前提下，增大z向磁场、降低抽运激光功率，直至拟合得到的r2不再随着z向磁场的增大和抽运激光功率的降低而降低。通过优化系统测试参数，利用开关抽运光可以测试核自旋横向弛豫r2，此时测得的r2即为系统的非极化梯度弛豫率。极化梯度弛豫为当前连续抽运激光功率点下的总弛豫与非极化梯度弛豫项的差值。在测量非极化梯度弛豫率后，可通过测试连续抽运光各功率点下的总核自旋横向弛豫率减去非极化梯度弛豫率即可得到当前工作点的极化梯度弛豫。本方法通过参数优化，可剔除抽运光对核自旋的影响，测量serf惯性测量系统中横向弛豫率，得到核自旋的非极化梯度弛豫与极化梯度弛豫。
[0056]
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：
1.一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在原子自旋惯性测量装置中初始设定工作点参数，所述工作点参数包括气室温度与抽运激光功率，利用抽运激光极化碱金属气室中的碱金属电子，进而超极化惰性气体核自旋；步骤2，主磁场方向施加大于补偿点的z向磁场bz，使得电子自旋与核自旋之间进动解耦；步骤3，在横向施加y向磁场by后去除，使得核自旋以bz的方向为轴进动，核自旋在x向与y向有投影，测量核自旋横向极化率分量的初始进动幅值；步骤4，关闭抽运激光，电子退极化，核自旋在无抽运激光作用下自由进动衰减，此时核自旋的横向弛豫时间仅与非极化梯度弛豫项有关；步骤5，间隔固定时间，打开抽运激光极化电子自旋，提取当前时间点的核自旋进动幅值，在开光期间电子迅速极化，极化的电子自旋随着核自旋的进动而进动，通过电子自旋横向极化率提取核自旋信号，得到当前核自旋进动幅值；步骤6，数据提取拟合。提取每个开光周期的核自旋进动幅值，拟合得到当前状态下的核自旋横向弛豫率。2.根据权利要求1所述的基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，其特征在于，还包括步骤7，优化测试参数，所述测试参数包括开光时间、开光间隔、抽运激光功率、和z向磁场bz，在开光时间大于电子自旋纵向弛豫时间的前提下减小开光时间，增大开关抽运激光的时间间隔，减小抽运激光功率，增大主磁场bz直至核自旋横向弛豫率不随上述参量的变化而减小，对应的各项参数即为优化后的测试参数。3.根据权利要求2所述的基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，其特征在于，还包括步骤8，基于优化测试参数，测得的核自旋横向弛豫率为非极化梯度弛豫率，测试连续抽运激光作用下的横向弛豫率，二者的差值为连续激光工作点处的极化梯度弛豫，计算不同功率点的极化梯度弛豫。4.根据权利要求2所述的基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，其特征在于，所述步骤7中的开光时间和开光间隔通过在碱金属气室抽运光输入侧的抽运激光光路上设置光学快门实现。5.根据权利要求1所述的基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，其特征在于，所述步骤1中的原子自旋惯性测量装置包括依次串联的抽运激光器、第一凸透镜、第一偏振片、液晶、第二偏振片、第二凸透镜和反射镜，所述反射镜依次通过第一波片和第一分束镜透射侧连接光学快门的一侧，所述光学快门的另一侧通过碱金属气室连接第二光电探测器，所述第二光电探测器连接信号采集系统第一输入端口，第一分束镜反射侧通过第一光电探测器和功率控制系统连接所述液晶。6.根据权利要求1所述的基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，其特征在于，所述步骤1中的原子自旋惯性测量装置包括依次串联的检测激光器、第三偏振片、第二波片、第二分束镜透射侧、碱金属气室、第四波片和沃拉斯顿棱镜连接第一差分光电探测器，所述第一差分光电探测器连接信号采集系统第三输入端口，第二分束镜反射侧通过第三光电探测器连接信号采集系统第二输入端口。7.根据权利要求1所述的基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，其特征在于，
所述步骤1中的碱金属气室外围向外依次设置加热膜、线圈、铁氧体和屏蔽筒。

技术总结
一种基于开关抽运光的核自旋横向弛豫率测量方法，实现核自旋非极化梯度弛豫与极化梯度弛豫的分离测试。施加横向磁场使核自旋以纵向主磁场Bz为主轴进动，通过光学快门实现抽运光的打开与关闭，间隔固定时间快速打开抽运光极化碱金属电子自旋，以提取每个开光时间点的核自旋进动幅值。拟合各个时间点的核自旋进动幅值，即可得到当前工作状态下的核自旋横向弛豫率，通过优化测试参数(开光时间、开光间隔、抽运激光功率、Z向磁场Bz)，消除了抽运光对核自旋弛豫率的影响，开关抽运光测得的核自旋横向弛豫即为非极化梯度弛豫率。将非极化梯度弛豫率与连续抽运状态下的核自旋横向弛豫率相减，可得到各个连续抽运激光功率点下的极化梯度弛豫率。度弛豫率。度弛豫率。


技术研发人员：范文峰 袁琳琳 裴宏宇 王卓
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.09.16
技术公布日：2023/8/24