原子磁强计检测光闭环稳定系统设计.pdf

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1、82传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第3期原子磁强计检测光闭环稳定系统设计王浩，杨照华'(1．北京航空航天大学新型惯性仪表与导航技术国防重点学科实验室，北京100191；2．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)摘要：SERF态原子磁强计已实现人类历史上最高的0．16iT／Hz的灵敏度。其检测方法主要是法拉第调制法。但法拉第调制法中光电流摄动或环境温度变化等干扰导致的检测光强的起伏会造成检测结果的不准确。为抑制检测光强起伏，设计了闭环原子磁

2、强计检测光稳定系统。在法拉第调制法的基础上，增加了光路子系统和控制子系统对检测光强进行闭环稳定控制。通过对随机干扰进行闭环控制仿真与实验，验证本系统可以有效抑制各种干扰引起的光强起伏，使系统抗干扰能力提高1．2％，从而提高原子磁强计的检测精度。关键词：无自旋交换弛豫；原子磁强计检测；闭环控制；稳定光强中图分类号：E933．43文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)03--0082-03Designofclosed-loopsteadysystemforatomicmagnetometerdetectinglightWA

3、NGHao一．YANGZhao—hua'(1．FundamentalScienceonNovelInertialInstrument&NavigationSystemTechnologyLaboratory．BeihangUniversity，Beijing100191，China；2．SchoolofInstrumentationScienceandOpto．electronicsEngilleering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：SERFatomicmagneto

4、meterhasreachedthehighestsensitivityof0．16tT／Hzinhuman’Shistory．Faradaymodulationmethodisthemainlyusedmethodforitsdetecting．Butfluctuationoflightintensityduetolightcurrentdisturbanceorenvironmenttemperaturealterationwillleadtoinaccuracyofdetectingresult．Tosolvethisprobl

5、em，closed—loopatomicmagnetometerdetectinglightstablesystemisdesigned．Addlightpathsub—systemandcontrolsub—system，onthebasisofFaradaymodulationmethodtocarryoutclosed·loopstablecontrolondetectinglightintensity．Throughclosed—loopcontrolsimulationandexperimentonrandominterfe

6、rence，verifythesystemmayeffectivelyrestrainlightintensityfluctuationcausedbyvariousdisturbances，improveanti-interferenceabilityby1．2％．thustheatomicmagnetometerdetectingprecisionisimproved．Keywords：spinexchangerelaxationfree(SERF)；atomicmagnetometerdetection；closed—loopc

7、ontrol；stablelightintensity0引言自旋磁强计有望实现10iT／Hzisj。随着原子自旋新的物理效应、新的操控原理与方法的原子自旋是原子磁强计的实现基础，在极微弱的磁场发现，尤其是2002年人类开始能够操控原子自旋实现无自下原子自旋会发生进动。实验中，将碱金属气体充入玻旋交换弛豫(spinexchangerelaxationfree，SERF)态，SERF璃做成的气室中，并将其维持在一定的温度下使其达到态原子磁强计研制成功。该磁强计大幅超越了现有磁场测SERF态。SERF态下，置于磁场中的原子发生进动，整个气量

8、手段实现的灵敏度J。2002年，首次实现原理验证即已室成为旋光介质。检测光通过旋光介质时会发生旋光效达到15tT／Hz的灵敏度，近10年来迅速发展，已经实现应，光束分解为左旋光和右旋光。由于旋光介质对左旋光0．16fF／