一种气室分区域镀膜的饱和吸收装置

本发明属于激光，涉及一种激光稳频光路系统，特别涉及一种气室分区域镀膜的饱和吸收装置。

背景技术：

1、航空、航天、自动驾驶等领域对高精度惯性导航有着迫切的需要。无自旋交换弛豫(spin exchange relaxation free,serf)惯性测量装置被认为是新一代超高精度惯性测量装置的重要发展方向，而serf惯性测量装置被验证理论零偏稳定性可达10-8°/h，其具有体积小、精度超高的优点。

2、在serf惯性测量装置中，激光器是最重要的组件之一，由激光抽运系统和激光检测产生的光抽运误差是影响serf惯性测量装置长期稳定性的关键因素。在激光抽运系统中，抽运激光可以使气室中的原子极化从而趋向于激光的传播方向，而当载体发生相对旋转时，极化原子本身的朝向也会向着固连在载体上的激光方向发生偏移，在原子定轴性的共同作用下，原子会达到一种平衡态，该位置与载体此时旋转的角速度相关。抽运激光与原子气室和主磁场的非对准、抽运激光功率和频率的波动会产生纵向光抽运误差，从而影响原子自旋系统的极化效率和极化稳定性，进而会影响核自旋自补偿能力并产生极化磁场波动误差，同时抽运激光还会对碱金属原子产生光频移，从而引起双轴耦合误差。在激光检测系统中，检测激光与抽运激光正交穿过气室，气室中原子方位角的改变同时也会改变检测激光的光旋角，通过检测该束激光的输出特性从而能够精确测量载体转动角速度。检测激光的椭圆偏振分量则会产生横向光抽运和光频移误差，从而会将检测激光功率和频率的波动耦合到系统输出中，直接影响系统的稳定性。

3、通常所采用的稳频光路是集成固定在待稳频激光器旁路，如优立光太的稳频光路模块，但是这样的光路系统不可再用于其他待稳频激光器，并且会使激光器整体体积变大，而且现有的饱和吸收光路包含较多的光学器件，集成在激光器旁路不利于检修等。因此，需要设计一种结构更简单，可根据实际情况用于不同波段的激光器，更易于应用在serf惯性测量装置上的激光稳频光路系统。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明对饱和吸收光路进行了优化，提出了一种独立于激光器之外的激光稳频光学系统，用于serf惯性测量，具体采用的技术方案为：

2、一种气室分区域镀膜的饱和吸收装置，包括：光纤准直器1、定制分光镜2、分区域镀膜的碱金属气室3、平衡光电探测器4和加热膜5；

3、所述光纤准直器1通过光纤与待稳频的激光器连接，可根据实际使用情况更换不同波长段的激光器；

4、所述定制分光镜2通过在两块透镜两侧镀特定膜，并将没有镀膜的另一面粘合，将入射光束分成两束光，且分光比几乎不受激光偏振态影响，其中一束光作为参考光束获得多普勒背景信号，另一束光作为探测光束获得饱和吸收光谱；

5、所述分区域镀膜的碱金属气室3含有碱金属钾原子蒸气、铷原子蒸气和铯原子蒸气等，且在一侧表面不同区域镀有不同类型的膜；

6、所述平衡光电探测器4包括分别对两束光的偏置和放大倍数调节旋钮，以及差分控制开关拨钮；

7、所述加热膜5用于提供和维持碱金属气室所需要的温度。

8、作为本发明的进一步改进，所述的光纤准直器为固定式非球面光纤准直器，所接收的光功率大小为1mw左右，通过光纤准直器后光纤光转换为空间光，并且损耗低于0.25db。

9、作为本发明的进一步改进，所述的分光镜两侧镀膜为消偏振分光膜使其分光比对所涉及入射激光波段的偏振态不敏感，并根据设计的分光比分出两束光功率相近的平行光，射入所述分区域镀膜的碱金属气室不同区域。

10、作为本发明的进一步改进，所述的平衡光电探测器4使用两个匹配好的硅光电二极管、一个低噪声跨阻放大器以降低噪声和一个高增益放大电路对有效信号进行放大。

11、与现有技术相比，本发明具有以下优势：

12、本装置系统设计结构简单，所用元器件少，所占体积小，便于集成，且可用于不同波段的激光器，只需要对该系统输入合适频率的激光便能获得对应的消多普勒背景后的饱和吸收光谱，为其提供标准参考频率。本系统的应用有利于serf惯性测量装置小型化的发展。

技术特征：

1.一种气室分区域镀膜的饱和吸收装置，其特征在于，所述气室分区域镀膜的饱和吸收装置包括：光纤准直器(1)、定制分光镜(2)、分区域镀膜的碱金属气室(3)、平衡光电探测器(4)和加热膜(5)，其中，所述光纤准直器(1)的输入端通过光纤与待稳频激光器连接；

2.如权利要求1所述的一种气室分区域镀膜的饱和吸收装置，其特征在于，所述的定制分光镜(2)由两块透镜构成，每块透镜均有一面镀消偏振膜，并将没有镀膜的另一面粘合，其将一束光分为两束光功率一致的平行光，并改变光路方向，且分光比在所涉及的激光波段对激光偏振态影响不敏感。

3.如权利要求1所述的一种气室分区域镀膜的饱和吸收装置，其特征在于，所述分区域镀膜的碱金属气室(3)在外侧面的一部分区域镀增透膜，降低激光功率损耗，获得多普勒背景，在所述外侧面的另一部分区域镀增反膜，获得多普勒背景和饱和吸收峰；在所述分区域镀膜的碱金属气室(3)内充制多种碱金属原子，在所述分区域镀膜的碱金属气室(3)气室边侧放置加热膜(5)。

技术总结
本发明公开了一种气室分区域镀膜的饱和吸收装置，即小型化的激光稳频光学系统，该系统包含光纤准直器、定制分光镜、分区域镀膜的碱金属气室、加热膜和平衡光电探测器。该光路系统的光源由光纤和光纤准直器传输到光路系统，经过定制分光镜后分为探测光束和参考光束，参考光束射入气室区域的镀增透膜区域得到多普勒背景，探测光束射入碱金属区域的镀增反膜区域得到多普勒背景和饱和吸收峰，二者经过平衡光电探测器接收后得到无多普勒背景的饱和吸收光谱信号。本发明提高了光路系统的通用性，优化了消多普勒饱和吸收光路，提高了光路系统的集成性、稳定性，降低了光路系统的成本。

技术研发人员：周新秀,罗会林,李光慧,曹朝扬
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29