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用于铯原子磁力仪的双AOM激光稳频系统

发布时间:2021-04-07 20:42
  原子磁力仪的基本工作原理是通过光泵浦将原子极化,并通过检测自旋极化的拉莫尔进动来完成磁场探测,其中用来极化原子的泵浦激光起到了重要作用。自由运转的激光器由于受环境的影响,其频率随时间抖动,从而导致原子磁力仪输出的波动。本文首先在理论上推导了Bell-Bloom磁力仪输出与泵浦光频率波动的关系,其次采用基于双AOM移频的差分探测法实现系统稳频,并自行设计了自动锁频算法且对其进行了实验验证,结果表明可使系统稳定在工作零点。稳频前频率的抖动均方根约为28.02 MHz,通过双AOM稳频模块后激光频率抖动均方根减小到0.12 MHz。通过激光频率的变化反推到铯原子磁力仪中,测得闭环的等效输出噪声为0.012 pT。 

【文章来源】:仪器仪表学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章页数】:7 页

【部分图文】:

用于铯原子磁力仪的双AOM激光稳频系统


Bell-Bloom磁强计测试原理

吸收谱线,吸收谱线,原子,介质


AOM可使激光移频,当AOM外部施加电场时,在声光介质内部会产生固定频率的超声场,从而使得介质的折射率发生周期性的改变,此时可将声光介质视为相位光栅;光线通过此相位光栅之后发生衍射,当满足布拉格衍射条件时,出射的一级衍射光会在原输入频率上叠加或减小一个超声频率,从而实现声光移频[16]。激光在经过AOM左右移频后会产生-1级衍射光和+1级衍射光。左右移频后的原子吸收曲线如图2所示,两吸收曲线分别相对初始吸收谱线左右移动Δν,且Δν=ν0-ν1=ν2-ν0。2.2 鉴频曲线的产生

曲线,鉴频,曲线


将各参数代入到式(10)中,并利用Mathematica软件得到鉴频曲线的仿真结果如图3所示。对于铯原子磁力仪选取D1线上的(F=3→F′=3和 F=3→F′=4)两个超精细跃迁过程,得到的鉴频曲线是两条呈洛伦兹色散型的曲线。根据鉴频曲线的斜率大小,我们选择将激光频率锁定在F=3→F′=4鉴频曲线线性段斜率最大值处,即激光器工作的零点。

【参考文献】:
期刊论文
[1]基于车辆状态的航向估计量测方程研究[J]. 石岗,李希胜,白艳茹,郑成才,舒雄鹰.  仪器仪表学报. 2018(10)
[2]基于幅值调制激光的Bell-Bloom测量方法[J]. 董海峰,郝慧杰,黄海超,胡旭阳,周斌权.  仪器仪表学报. 2014(12)
[3]基于随机森林的脑磁共振图像分类[J]. 詹曙,姚尧,高贺.  电子测量与仪器学报. 2013(11)
[4]三轴地磁传感器误差的自适应校正方法[J]. 龙礼,张合.  仪器仪表学报. 2013(01)



本文编号:3124162

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