环形激光磁力仪的特性分析

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1、环形激光磁力仪的特性分析在早期，磁光玻璃对光的吸收是限制其灵敏度的主要因素，下面是小编搜集整理的一篇探究环形激光磁力仪特性的论文范文，欢迎阅读查看。　　摘要：对环形激光磁力仪的特性进行了分析。首先推导了灵敏度，发现当采用低吸收铽玻璃时，理论灵敏度达1pT/Hz1/2量级，基本满足探潜的灵敏度要求。接着与光泵量子磁力仪进行了比较，表明环形激光磁力仪具有动态范围大、工程适应性好、响应速度快、信号处理简单等优点。然后讨论了激光陀螺技术的发展对环形激光磁力仪的支撑作用，如微晶玻璃加工工艺、镀膜技术、异面腔设计、电子细分技术等。最后分析了磁光玻璃Verdet常量温度系数的影响。上述

2、分析表明，环形激光磁力仪具有其独特的优势和特点，值得深入研究。　　关键词：磁力仪环形激光器灵敏度温度　　高灵敏度磁力仪在航空磁探、地球磁场测量以及军事反潜等领域具有广泛的应用[1-2]。目前主流的高精度磁力仪为各种量子磁力仪，包括Overhauzer质子磁力仪、原子光泵磁力仪、超导磁力仪和新型原子磁力仪，它们各有特点。Overhauzer质子磁力仪发展较早，灵敏度在0.01nT/Hz1/2的量级，不存在盲区(deadzone)和航向误差(headingerror)，缺点是梯度容忍度较小、采样率较低。原子光泵磁力仪有光泵K、Rb、Cs和He磁力仪，其中K和He磁力仪灵敏度优

3、于1pT/Hz1/2，但盲区和航向误差对它们的应用产生了一定限制，而且跟踪速度较慢。超导磁力仪灵敏度高达1fT/Hz1/2，最大问题是需要庞大的低温系统，不便于使用。新型原子磁力仪如SERF磁力仪理论灵敏度可达1aT/Hz1/2，但只能在极弱的磁场环境下工作[1]。在20世纪80年代，张书练教授提出利用环形激光实现弱磁测量的方案[2-4]，并进行了一系列的理论和实验研究，但限于当时磁光玻璃吸收较大、玻璃管激光器稳定性和工程适用性较差等不利因素，环形激光磁力仪未能实用。随着激光技术和工艺的进步，限制环形激光磁力仪灵敏度的很多因素已经得到解决，再考虑到环形激光磁力仪不存在盲区

4、和航向误差、不受磁场梯度影响以及采样率高等优点，因此值得深入研究。该文对环形激光磁力仪的特性进行了分析，重点是灵敏度和温度稳定性，对环形激光磁力仪研制具有一定的参考作用。　　1环形激光磁力仪灵敏度分析　　1.1原理简介　　环形激光磁力仪原理如图1所示[5]。反射镜M1-M4构成一个环形谐振腔，90度石英晶体旋光器使环路中运行圆偏振光并抑制线偏振光振荡，这时在谐振腔中一个纵模将分裂为4个，分别为左旋顺时针、左旋逆时针、右旋顺时针和右旋逆时针模，其中左旋(LCP)模和右旋(RCP)模的频率间隔为。在磁场作用下磁光玻璃使左旋和右旋的对模再次产生频率分裂，　　式中：为磁光玻璃的V

5、erdet常量，B为沿光路方向的平均磁场强度，l为磁光玻璃长度，c为真空光速，L为环形腔长度。式(1)表明，磁光频率分裂与磁场强度成正比，将左旋和右旋模的频差求和可使灵敏度增大一倍，而且还可以抑制Sagnac效应的影响。　　1.2灵敏度分析　　在早期，磁光玻璃对光的吸收是限制其灵敏度的主要因素，但目前磁光玻璃的吸收系数已经较低。以西安奥法公司生产的MR3-2磁光玻璃为例，其Verdet常量为96rad/(T.m)，吸收系数小于0.001/cm。设环形激光器腔长为50cm，磁光玻璃长为20cm，谐振腔单程损耗为，单程增益为0.05，输出镜透过率为，输出功率0.1mHZ(3)

6、　　激光线宽为：　　式中为普朗克常量，为激光波长。　　当取样时间为时，由于激光频率波动导致的频差测量不确定度为[7]：　　将比例因子代入，可得激光磁力仪的灵敏度为1pT/Hz1/2，与AN/ASQ-208型4He光泵磁探仪的灵敏度相当。　　2环形激光磁力仪特性分析　　2.1优点　　与量子磁力仪相比，环形激光磁力仪的优点有：(1)动态范围大。根据环形激光陀螺的研制经验，环形激光器的频差稳定性可达0.01Hz，最小可测频差达0.01Hz，而最大磁光频率分裂在10MHz以上(主要由探测器带宽决定)，因此环形激光磁力仪的测量范围可从1pT到1mT以上，跨越9个数量级。(2)工程适

7、应性好。环形激光磁力仪是基于经典光学原理的传感器，不存在盲区、航向误差和磁场梯度容忍度问题，具有良好的工程适应性。(3)响应速度快。激光磁力仪利用激光振荡频率随磁场变化的原理，由于光场的建立在us量级，因此对磁场的变化响应迅速，可以实现对磁场的快速跟踪。(4)信号处理简单。环形激光磁力仪所测磁场信号直接反映在左旋模式和右旋模式拍频之和上，因此，利用光电探测器将激光信号放大后直接测量频率即可测出磁场强度。　　2.2激光陀螺技术对环形激光磁力仪研制的支撑　　环形激光磁力仪与四频差动激光陀螺[8]采用相同的结构，只是前者利用左旋模和