基于混合自旋交换光泵浦的nmrg信号增强方法
【专利摘要】本发明涉及一种原子核磁共振陀螺信号增强方法，通过在原子池中加入自旋交换中介物质，提高原子池内惰性气体的极化率，从而增强原子陀螺探测信号强度，属于原子物理领域。本发明通过在原子池充入碱金属、缓冲气体和惰性气体原子的基础上，再充入一种自旋交换中介物质，碱金属原子极化后通过碰撞作用将极化几乎全部传递给自旋交换中介物质，中介物质再将极化传递给惰性气体原子，从而极大的提高惰性气体原子的极化率，在不影响随机游走的前提下，增强陀螺信号强度，提高原子核磁共振陀螺的性能。
【专利说明】基于混合自旋交换光泵浦的NMRG信号增强方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种增强原子核磁共振陀螺（Nuclear Magnetic Resonance Gyro, or NMRG)信号强度的方法，通过在原子池中加入自旋交换中介物质，提高原子池内惰性气体的 极化率，从而增强原子陀螺探测信号强度，属于原子物理领域。

【背景技术】
[0002] 随着量子理论、原子操控、微加工技术以及现代光学的飞速发展，芯片级原子传感 器件在现代科学和技术中得到越来越广泛的应用和关注，从对人类大脑的研究（核磁共振 成像）到对运动物体的导航级精确测量（原子核磁共振陀螺）都能发现他们的身影。国内 外越来越多的单位也相继开展了原子钟，原子加速度计，原子磁力仪，原子核磁共振陀螺等 芯片级原子传感器件的研究。在这些原子器件中，原子池是它们的核心组成部分。一般地， 原子池内包含碱金属气体、惰性气体和缓冲气体，根据不同的应用要求，原子钟等是通过光 抽运极化碱金属原子直接作为敏感原子；原子核磁共振陀螺和原子磁力仪则是通过光抽运 极化碱金属，再经过自旋碰撞交换作用，将碱金属极化传递给惰性气体原子。惰性气体原子 在磁场下作拉摩尔进动，在不同的载体转动角速度或环境磁场下，探测光提取到的惰性气 体拉摩尔进动频率产生频移，进而得到载体转动角速度或环境磁场强度。其中原子核磁共 振陀螺的基本原理为：
[0003] 在静磁场

【权利要求】
1. 一种基于混合自旋交换光泵浦技术的原子核磁共振陀螺信号增强方法，其特征在 于，该方法包括以下步骤： Si:制作原子池； 52 :对原子池抽真空，同时以300度以上高温烘烤原子池，烘烤时间一周左右； 53 :在原子池内真空度达到KT5托尔以下后，将泵浦碱金属原子和自旋碰撞交换中介 物质依次充入原子池； S4:按照预先设计的比例，依次在原子池中充入惰性气体原子几托尔、缓冲气体以及淬 灭气体原子几十至几百托尔； 55 :待充气完成后，对原子池进行熔融密封，经熔融密封后的原子池带有一个原子池 柄； 56 :将熔融密封后的原子池以150摄氏度的温度加热3至5天进行老化； 57 :老化后原子池中的过量碱金属原子和自旋交换中介物质将储存在原子池柄中，将 原子池放入原子陀螺工作系统中的磁屏蔽罩内，通过无磁加热片将原子池加热至工作温度 (80-130)摄氏度； 58 :采用与碱金属跃迁谱线对应频率的窄线宽高功率半导体激光器对碱金属原子进 行泵浦，所述窄线宽高功率半导体激光器发出的光经过起偏器后成为线偏振光，所述线偏 振光经过分光器分成两路：一路光经过^波片后变为圆偏振光沿横向照射原子池，在磁场 4 线圈产生稳恒磁场的共同作用下，泵浦碱金属原子使其极化，碱金属原子先将自身极化传 递给自旋碰撞交换中介物质后，由自旋碰撞交换中介物质再将自身极化传递给惰性气体原 子； 另一路光经过一号反射镜进行反射并经衰减器衰减后再由二号反射镜进行反射，此时 光路变为与第一路光传播的方向垂直，即该路光沿纵向照射原子池，通过原子池后透射的 光经三号反射镜反射后通过光电探测器采集到电脑中，在电脑中分析碱金属对光强的吸收 得到原子池内惰性气体原子的进动信息，进而解调出原子陀螺工作系统相对于惯性空间的 转动角速度。
2. -种如权利要求1所述基于混合自旋交换光泵浦技术的原子核磁共振陀螺信号增 强方法，其特征在于：所述步骤Sl中制作原子池的方法如下：采用耐高温的高硼硅玻璃材 料，利用吹玻璃技术加工出直径8mm-100mm的球形原子池。
3. -种如权利要求1所述基于混合自旋交换光泵浦技术的原子核磁共振陀螺信号增 强方法，其特征在于：所述步骤Sl中制作原子池的方法如下：采用微加工技术在硅基片上 利用深反应离子刻蚀和阳极键合方法加工出直径近似为900iim的球形原子池。
4. 一种如权利要求1、2或3所述基于混合自旋交换光泵浦技术的原子核磁共振陀螺信 号增强方法，其特征在于：根据通光及加热要求将原子池加工为圆柱形。
5. -种如权利要求1、2或3所述基于混合自旋交换光泵浦技术的原子核磁共振陀螺信 号增强方法，其特征在于：根据通光及加热要求将原子池加工为正方形。
6. -种如权利要求1所述基于混合自旋交换光泵浦技术的原子核磁共振陀螺信号增 强方法，其特征在于：所述泵浦碱金属为铷原子或铯原子。
7. -种如权利要求1所述基于混合自旋交换光泵浦技术的原子核磁共振陀螺信号增 强方法，其特征在于：所述自旋碰撞交换中介物质为K原子或其他与惰性气体自旋交换碰 撞截面较大的原子。
【文档编号】G01C19/62GK104266640SQ201410541432
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】罗晖, 刘小虎, 曲天良, 杨开勇, 肖光宗, 汪之国 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学