一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置及方法与流程

本发明涉及一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置及方法，属于激光器频率稳定。

背景技术：

1、近年来，核磁共振陀螺仪技术发展迅速，目前大部分核磁共振陀螺仪采用两个半导体激光器作为光源，一个半导体激光器发出的线偏振激光过波片后获得的圆偏振激光作为泵浦激光，另一个半导体激光器发出的线偏振激光作为探测激光。为了提高核磁共振陀螺仪的稳定性，需要对泵浦激光和探测激光进行稳频。通常泵浦激光的频率稳定采用原子气室碱金属吸收峰稳频方法，然而对于探测激光，在不改变原系统结构的前提下，无法通过现有系统中的原子气室进行稳频。如果探测激光采用同一原子气室碱金属吸收峰稳频方法，会将探测激光的频率锁定在吸收峰处，导致进动信号变为零，无法进行测量。若通过额外增加原子气室进行探测激光稳频，则会造成系统庞大，不利于核磁共振陀螺仪小型化。

技术实现思路

1、本申请解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置及方法。利用泵浦激光器和探测激光器在同一工作环境下频率漂移相似的特性，通过增加比例跟随电路，构成一套探测激光稳频系统，实现了在不改变系统结构的前提下，探测激光可以按需求进行稳频，有利于核磁共振陀螺仪小型化的实现。

2、本申请提供的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置，用于对原子仪表的泵浦激光器和探测激光器进行稳频，包括光学系统和电路系统；光学系统包括光电探测器、原子气室；

4、泵浦激光器的泵浦激光和探测激光器的探测激光均进入原子气室；光电探测器用于探测经过原子气室后的泵浦激光信号，将泵浦激光信号转化为电信号，输出给电路系统；

5、电路系统根据光电探测器输入的电信号，获得当前泵浦激光频率相对于吸收峰位置频率的偏移量，电路系统将偏移量转化为电信号，电路系统根据电信号调整泵浦激光器的电流；同时电路系统将电流增量乘以调整系数，获得探测激光器的电流调整量，电路系统根据探测激光器的电流调整量改变探测激光器的电流，使探测激光器输出稳频激光。

6、所述电路系统将偏移量转化为电信号，电路系统根据电信号调整泵浦激光器的电流，包括：电路系统根据偏移量转化为的电信号并结合泵浦激光器的电信号变化与频率变化之间的关系，获得电流增量，电路系统根据电流增量调整泵浦激光器的电流。

7、所述电路系统包括吸收峰偏离检测电路、泵浦激光控制电路、比例跟随电路和探测激光控制电路；

8、光电探测器将经过原子气室后的泵浦激光信号转化为的电信号输出给吸收峰偏离检测电路；

9、吸收峰偏离检测电路根据光电探测器输入的电信号，检测出当前泵浦激光频率相对于吸收峰位置频率的偏移量，将该偏移量以电信号形式传输给泵浦激光控制电路，泵浦激光控制电路根据输入的电信号、结合泵浦激光器的电信号变化与频率变化之间的关系，获得电流增量，根据电流增量调整泵浦激光器的电流；比例跟随电路将泵浦激光的电流增量乘以调整系数后，输出给探测激光控制电路，改变探测激光器的电流，使探测激光器输出稳频激光。

10、所述调整系数＝探测激光器所需的电流增量/泵浦激光器的电流增量。

11、所述探测激光器所需的电流增量＝(泵浦激光频率的偏移量×γt)/α；其中，当环境温度变化时，γt＝探测激光器的激光频率变化量/泵浦激光器的激光频率变化量；探测激光器的电流变化与探测激光器的频率变化之间的关系为αmhz/ma。

12、所述探测激光器与泵浦激光器为同一批次的激光器时，γt＝1。

13、所述原子仪表包括核磁共振陀螺仪、serf陀螺仪或原子磁力仪。

14、第二方面，提供了一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频方法，使用上述任一所述的一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置进行稳频，包括：

15、步骤101、泵浦激光器输出的光，通过原子气室后照射在光电探测器上；

16、步骤102、光电探测器将探测到的泵浦激光器通过原子气室后的光信号转化为电信号；

17、步骤103、光电探测器输出电信号给吸收峰偏离检测电路，吸收峰偏离检测电路将检测到的频率偏移量以电信号形式输出泵浦激光控制电路；

18、步骤104、泵浦激光控制电路根据输入的电信号，调整泵浦激光器电流，实现泵浦激光稳频，同时将泵浦激光器电流的改变量以电信号形式输出给比例跟随电路；

19、步骤105、比例跟随电路将输入的电信号乘以调整系数后输出给探测激光控制电路，调整探测激光器电流，实现探测激光稳频。

20、综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：

21、(1)本发明在原有系统上增加比例跟随电路，构成探测激光稳频系统，可在不改变原系统结构的情况下，实现探测激光稳频；

22、(2)本发明利用比例跟随电路进行探测激光稳频，可实现几十mhz内稳频，现有探测激光器稳频技术主要通过控制激光管温度和电流实现，只能达到ghz水平稳频；

23、(3)本发明采用的稳频方法简单，除比例跟随电路外，不需要额外增加元器件，有利于核磁共振陀螺仪小型化的实现。

技术特征：

1.一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置，用于对原子仪表的泵浦激光器和探测激光器进行稳频，其特征在于：包括光学系统和电路系统；光学系统包括光电探测器(1)、原子气室(2)；

2.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置，其特征在于：所述电路系统将偏移量转化为电信号，电路系统根据电信号调整泵浦激光器的电流，包括：电路系统根据偏移量转化为的电信号并结合泵浦激光器的电信号变化与频率变化之间的关系，获得电流增量，电路系统根据电流增量调整泵浦激光器的电流。

3.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置，其特征在于：所述电路系统包括吸收峰偏离检测电路(6)、泵浦激光控制电路(5)、比例跟随电路(4)和探测激光控制电路(3)；

4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置，其特征在于：所述调整系数＝探测激光器所需的电流增量/泵浦激光器的电流增量。

5.根据权利要求3所述的一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置，其特征在于：所述探测激光器所需的电流增量＝(泵浦激光频率的偏移量×γt)/α；其中，当环境温度变化时，γt＝探测激光器的激光频率变化量/泵浦激光器的激光频率变化量；探测激光器的电流变化与探测激光器的频率变化之间的关系为αmhz/ma。

6.根据权利要求4所述的一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置，其特征在于：所述探测激光器与泵浦激光器为同一批次的激光器时，γt＝1。

7.根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置，其特征在于：所述原子仪表包括核磁共振陀螺仪、serf陀螺仪或原子磁力仪。

8.一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频方法，其特征在于：使用权利要求1-7任一所述的一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置进行稳频，包括：

技术总结
本发明涉及一种用于核磁共振陀螺仪的探测激光稳频装置及方法，属于激光器频率稳定技术领域，用于对原子仪表的泵浦激光器和探测激光器进行稳频，该发明所述的装置由光学系统和电路系统两部分构成，两部分通过电线连接。光学系统包含原子气室、光电探测器，电路系统包含吸收峰偏离检测电路、泵浦激光控制电路、比例跟随电路、探测激光控制电路。该发明在泵浦激光通过原子气室碱金属吸收峰稳频的基础上，通过增加比例跟随电路，在不改变系统结构的前提下，实现探测激光按需求进行稳频，有利于核磁共振陀螺仪小型化的实现。

技术研发人员：张中岐,刘院省,王天顺,范晓婷,韩涛宇,霍丽君
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17