CN111947638A - 一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪 - Google Patents

一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪，该核磁共振陀螺仪采用三气室紧贴并联的形式使原子极化进动与原子进动磁矩探测两个过程独立，易于实现特定方向的高精度进动磁矩探测而不受驱动磁场干扰，无需考虑探测线偏振光对原子的退极化作用，每个原子气室的气体组分填充仅需要考虑该气室单一作用，易于优化气体组分；填充气体种类少，对原子气室填充工艺要求降低。

Description

一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪
技术领域
本发明涉及核磁共振陀螺仪领域，特别是一种原子核极化与探测过程空间独立的核磁共振陀螺仪，具备小型化，高精度，可靠性强的特点，可应用于战略、战术武器装备的导航制导与控制。
背景技术
陀螺仪是惯性导航的核心器件，主要用于测量物体转动速率和角度。从诞生至今先后出现了机械转子式陀螺仪、光学陀螺仪和MEMS陀螺仪，而原子陀螺仪作为一种新型陀螺仪有望成为下一代高精度陀螺仪。原子陀螺仪按照工作原理可以分为基于Sagnac效应的干涉式和利用原子电子自旋信息的自旋式两种类型，目前技术最为成熟的是后者中的核磁共振陀螺仪。
目前获得高信噪比极化原子进动信号是提升核磁共振陀螺仪精度的关键问题之一。其中获得更高原子极化率和更高信噪比极化原子进动信号检测方法是提升核磁共振陀螺仪精度，将其推向实用化的主要技术途径。
现阶段核磁共振陀螺仪技术途径是在一个原子气室内部填充碱金属、惰性气体和缓冲气体，其中缓冲气体用于减少极化原子的碰撞，使其保持极化状态。原子气室内部碱金属原子首先被圆偏振光极化，随后碱金属原子与惰性气体进行自旋交换使惰性气体获得宏观核自旋磁矩。接着横向交变磁场使惰性气体原子核自旋磁矩在XY平面内的进动相位相干，宏观核自旋磁矩绕静磁场开始Larmor进动。使用一束横向传播的线偏振检测光基于原子气室内碱金属的法拉第旋偏效应进行核自旋磁矩探测。在上述常规方案中，由于碱金属原子用于极化惰性气体原子，其稳态极化率大幅下降，极大程度影响其作为磁强计介质的磁探测精度。同时，上述方案仪表精度强烈依赖原子气室内三种或三种以上气体组分配比的精确填充，工艺难度大，生产一致性差，有待对整体方案进行进一步改进。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪。
本发明解决技术的方案是：一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪，
包括3～5个方形原子气室，所述的原子气室中一个充入磁场探测介质标记为原子气室Ⅱ，其余原子气室充入核磁共振陀螺仪的工作介质；
包括用于原子气室加热的加热结构；
包括能够产生三维磁场的磁场线圈，其中三维磁场的方向相互垂直且分别平行于原子气室三个边的方向；
包括避免磁场干扰的磁屏蔽罩，所述原子气室、加热结构以及磁场线圈设置在磁屏蔽罩内部；
包括用于极化原子气室内碱金属原子的泵浦光系统；
包括用于偏振面检测的探测光偏振面检测系统，探测光偏振面检测系统检测到的差分信号输入至信号处理单元；
包括用于磁场、激光和原子气室温度控制的控制单元；
包括用于获得原子气室原位剩余磁场、极化原子进动磁矩信号并实现闭环陀螺输出的信号处理单元。
优选的，所述的原子气室为3个时，三个原子气室水平并排紧贴且中心在一条直线上，或者一个气室单元与原子气室Ⅱ并排且单元中心与原子气室Ⅱ中心在一条直线上；原子气室为4个时，在原子气室Ⅱ两侧分别排布一个气室单元和一个原子气室，三者中心在一条直线上；原子气室为5个时，原子气室Ⅱ两侧分别为一个气室单元，两个气室单元与原子气室Ⅱ中心在一条直线上；
所述的气室单元为上下或者前后排布的两个原子气室。
优选的，原子气室Ⅱ与气室单元的接触面优选设置为重合。
优选的，所述的原子气室Ⅱ内填充碱金属原子以及缓冲气体，用于构建EPR磁强计对原子气室Ⅱ原位剩余磁场及极化惰性气体原子进动磁矩进行探测；其余原子气室内填充惰性气体或其同位素原子、N2及碱金属原子，用于提供可敏感角速度的极化惰性气体原子。
优选的，所述的原子气室Ⅱ充入N2和87Rb原子；其余气室分别充入与原子气室Ⅱ内填充的同种碱金属原子、缓冲气体、某一种可与已填充碱金属原子发生自旋交换的惰性气体原子。
优选的，原子气室Ⅱ充入的N2的量针对87Rb原子的弛豫时间进行优化；其余气室内充入的Xe与N2的量分别根据各自气室内Xe原子的弛豫时间进行优化；所述的优化为以弛豫时间延长为目标，碱金属原子弛豫时间特征值为10ms量级，惰性气体原子弛豫时间特征值为20s-30s。
优选的，假设原子气室中心连线方向为Y轴，静磁场施加方向为Z轴，探测光传播方向为X轴，Z轴磁场线圈产生的磁场包含直流分量B0和调制分量Bac；所述的直流分量用于形成原子进动轴，所述的调制分量用于驱动碱金属原子，从而构建磁强计；磁场线圈产生的X轴或Y轴磁场作为驱动磁场，用于驱动充当工作介质的惰性气体原子发生宏观相干进动。
优选的，所述的调制分量Bac＝Bc*cos(wct)，wc＝γ*B0，其中γ是碱金属原子的旋磁比，Bc以磁强计灵敏度为指标进行优化。
优选的，所述的加热结构在保证透光条件下包裹原子气室。
优选的，所述的泵浦光系统包括泵浦激光器、扩束准直镜、λ/4波片以及泵浦光探测器；
泵浦激光器发射的激光经扩束准直镜及波片后转换成准直的圆偏振光，光束沿Z轴自下而上穿过原子气室，光斑内光强分布均匀且完全覆盖所有原子气室所在范围；泵浦光穿过原子气室，信号被泵浦光探测器采集，用于泵浦光的稳频。
优选的，所述的探测光偏振面检测系统包括探测激光器、扩束准直镜、λ/2波片、光阑、偏振分束棱镜、平衡探测器；
探测激光器发出的线偏振激光依次经扩束准直镜、波片转换为经准直的线偏振光，线偏振光经过光阑，使其沿X轴方向仅穿过原子气室Ⅱ，出射后进入偏振分束棱镜，分为S偏振光和P偏振光，接着通过平衡探测器得到差分后的信号，该信号输入至信号处理单元。
优选的，所述的信号处理单元根据接收的差分后的信号获得原子气室剩余磁场、极化原子进动磁矩信号，根据原子气室剩余磁场对原子气室IIX轴和Y轴原位剩余磁场进行补偿，优选的使用Y轴磁场信号用于获得原子进动磁矩信息，用于避免X轴驱动磁场引入的相位误差；通过极化原子进动磁矩信号的鉴相信号，闭环控制磁场线圈中产生驱动磁场的频率，实现单/多介质磁共振闭环，进而实现闭环陀螺输出。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明中用于敏感角速度的被极化惰性气体原子与用于惰性气体原子进动磁矩探测的碱金属原子分别填充于不同原子气室内，极化与探测过程独立互不影响；
(2)本发明中中间气室用于横向磁场探测，探测精度主要由碱金属原子极化率及碱金属原子弛豫时间决定，核磁共振陀螺仪工作介质填充于两边两个原子气室，陀螺精度受极化惰性气体原子弛豫时间影响，因此可以针对上述原子气室的功能分别对中间气室的碱金属弛豫时间和两边气室的惰性气体弛豫时间进行单参量优化，而不相互影响；
(3)通过单一指标优化原子气室内气体组分，一方面可以提升单个惰性气体原子的极化效率，另一方面也可以提升用于探测原子气室原位剩余磁场及惰性气体原子进动磁矩的磁强计灵敏度，从而提升剩余磁场补偿精度及探测进动信号信噪比。
(4)本发明中两侧原子气室内由沿X轴施加的驱动磁场实现核磁共振，而由中间原子气室构建的EPR磁强计具备横向X轴、Y轴两个方向独立的磁场探测能力，因此通过EPR磁强计进行沿X轴的惰性气体原子磁矩探测可以有效避免沿Y轴驱动磁场引入的相位误差；
(5)本发明中用于探测的线偏振激光不经过两侧的原子气室，因而不会对两侧原子气室内的碱金属原子产生退极化作用；
(6)本发明中每个原子气室功能独立，所需填充的气体种类不超过两种，因此对原子气室内填充气体的工艺要求低，更易实现高精度的气体填充.
附图说明
图1为本发明原子气室结构示意图；
图2为本发明核磁共振陀螺仪系统组成示意图；
图3为本发明光路示意图；
图4为本发明另外一种原子气室结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明提出了一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪，包括原子气室、加热结构，磁场线圈，磁屏蔽罩，泵浦光系统，探测光偏振面检测系统、控制单元及信号处理单元，其中：
原子气室为方形结构，数量一般为3～5个，为3个时，三个原子气室水平并排紧贴且中心在一条直线上(图1)，或者一个气室单元与原子气室Ⅱ并排且单元中心与原子气室Ⅱ中心在一条直线上(图4)；原子气室为4个时，在原子气室Ⅱ两侧分别排布一个气室单元和一个原子气室，三者中心在一条直线上；原子气室为5个时，原子气室Ⅱ两侧分别为一个气室单元，两个气室单元与原子气室Ⅱ中心在一条直线上；
所述的气室单元为上下或前后排布的两个原子气室；另外原子气室Ⅱ与两侧气室单元接触面优选的设置为重合的，如图4所示。
本例中以3个为例进行说明，如图1所示，所述原子气室为三个方形玻璃气室并排紧贴结构，包括左侧1号气室，中间2号气室(亦称原子气室Ⅱ)，右侧3号气室，三个气室均保证前后、上下四面透光。原子气室Ⅱ内部填充碱金属原子及缓冲气体，用于构建EPR磁强计对原子气室剩余磁场及两边极化惰性气体进动磁矩的高精度探测；另外两个气室内填充两种惰性气体同位素原子、N2及碱金属原子，用于提供可敏感角速度的极化的惰性气体原子；具体本例中左侧1号气室充入129Xe、N2和87Rb原子，右侧3号气室充入131Xe、N2和87Rb原子，每个气室内部Xe原子与N2的量均针对Xe原子的横向弛豫时间进行优化；中间2号气室充入N2和87Rb原子，N2的量针对87Rb原子的横向弛豫时间进行优化。所述的优化为以弛豫时间延长为目标，碱金属原子弛豫时间特征值为10ms量级，惰性气体原子弛豫时间特征值为20s-30s。
控制单元用于控制磁场线圈产生三维磁场，分别为X向，Y向和Z向磁场，三个方向磁场相互垂直且分别平行于方形气室边的方向。其中Z轴磁场包含直流分量B0和调制分量Bac＝Bc*cos(wct),wc满足如下关系，wc＝γ*B0,其中γ是碱金属原子的旋磁比，Bc以磁强计灵敏度为指标进行优化(磁强计灵敏度有行业公知的测量方法，主要通过采样数据的功率谱分析得到)。所述的直流分量对所有气室起作用，用于形成原子进动轴，所述的调制分量只对原子气室II有作用，用于驱动碱金属原子，从而构建磁强计；磁场线圈产生的X轴或Y轴磁场作为驱动磁场，用于驱动充当工作介质的惰性气体原子发生宏观相干进动。
加热结构保证透光条件下包裹原子气室，在控制单元的控制下，实现对原子气室的温度控制。
如图2所示，本发明核磁共振陀螺仪还包括磁屏蔽罩，用于保证原子气室不受外界磁场干扰，原子气室、加热结构以及磁场线圈设置在磁屏蔽罩内部，其他控制单元一般以电路形式实现，容易产生电磁干扰，放置在磁屏蔽罩外部。
如图3所示，所述的泵浦光系统包括泵浦激光器、扩束准直镜、λ/4波片以及泵浦光探测器；泵浦激光器发射的激光经扩束准直镜及λ/4波片后转换成准直的圆偏振光，光束沿Z轴自下而上穿过原子气室，光斑内光强分布均匀且完全覆盖所有原子气室所在范围，泵浦光穿过原子气室，信号被泵浦光探测器采集，用于泵浦光的稳频(稳频内容不是本申请重点，可采用现有技术实现，此处不过多进行赘述)。穿过中间2号气室的泵浦光用于极化其中的碱金属原子，穿过左侧1号右侧2号气室的泵浦光用于极化碱金属原子，通过碱金属原子与惰性气体原子的自旋交换作用实现惰性气体原子的极化。
所述的探测光偏振面检测系统包括探测激光器、扩束准直镜、λ/2波片、光阑、偏振分束棱镜、平衡探测器；探测激光器发出的线偏振激光依次经扩束准直镜、λ/2波片转换为经准直的线偏振光，线偏振光经过光阑，使其沿X轴方向仅穿过原子气室Ⅱ，出射后进入偏振分束棱镜，分为S偏振光和P偏振光，接着通过平衡探测器得到差分后的信号(下述公式7)，该信号输入至信号处理单元。
以87Rb-129Xe-131Xe构成的核磁共振系统为例，左侧1号气室填充87Rb原子、129Xe及N2，中间2号气室填充87Rb原子与N2，右侧3号气室填充87Rb原子、131Xe及N2，其中131Xe旋磁比为正，129Xe旋磁比为负，两者进动方向相反，极化的碱金属原子通过87Rb-129Xe及87Rb-131Xe之间的自旋交换碰撞过程极化惰性气体原子，得到沿着泵浦光方向的惰性气体核自旋极化磁矩分别为
Figure BDA0002563179820000071
和
Figure BDA0002563179820000072
此时在x轴方向施加交变磁场B1cos(ω129t)+B1cos(ω131t)就可以使129Xe、131Xe发生核磁共振产生核进动宏观磁矩，其中
Figure BDA0002563179820000073
在x-y平面内绕z轴进动的磁矩分量
Figure BDA0002563179820000074
惰性气体129Xe宏观磁矩
Figure BDA0002563179820000075
和磁场的相互作用可以通过布洛赫方程表示，
Figure BDA0002563179820000076
其中γ＝-2π×11.86Hz/μT为129Xe的旋磁比，M0为施加驱动磁场前自旋极化129Xe原子的宏观磁矩，T1为纵向弛豫时间，与超精细结构塞曼子能级的原子布居有关，T2为横向弛豫时间，表示
Figure BDA0002563179820000077
回到M0/e的时间，与原子之间的自旋交换碰撞弛豫相关。在x轴方向施加驱动磁场B1cos(ω129t)时，驱动磁场顺时针矢量在x和y方向的分量分别为Bx＝B1cos(ω129t)/2和By＝-B1cos(ω129t)/2，逆时针矢量在x和y方向的分量分别为Bx＝B1cos(ω129t)/2和By＝B1cos(ω129t)/2，由于129Xe的旋磁比γ＝-2π×11.86Hz/μT，这里只考虑逆时针矢量分量，带入公式可以得到，
Figure BDA0002563179820000081
其中B0为主轴方向施加的静磁场。本发明采用多层磁屏蔽罩来屏蔽外界的干扰外磁场，磁屏蔽材料优选的采用高磁导率的坡莫合金，磁屏蔽屏蔽因子优于1×104。
利用中间2号气室构建电子自旋构造的原子磁强计，通过在Z轴方向叠加一个载波磁场Bccos(ωct)，用于提取剩余磁场信息，此时在载波驱动磁场条件下极化的87Rb原子宏观磁矩
Figure BDA0002563179820000082
的运动可以通过类布洛赫方程表示，
Figure BDA0002563179820000083
其中γ’为87Rb原子旋磁比，
Figure BDA0002563179820000084
Figure BDA0002563179820000085
为光泵浦达到平衡态时87Rb原子宏观磁矩，1/τ＝1/Tp+1/T，Tp表示87Rb原子泵浦达到
Figure BDA0002563179820000086
的时间，T表示
Figure BDA0002563179820000087
由弛豫过程衰减到零所需的时间。当泵浦速率足够大时
Figure BDA0002563179820000088
z轴方向的磁场为Bz＝B0+Bccos(ωct)，设环境总磁场为
Figure BDA0002563179820000089
可以得到87Rb在x-y平面内的磁矩分量，
Figure BDA00025631798200000810
Figure BDA00025631798200000811
设M'+＝M'x+iM'y，上式可以改写为，
Figure BDA00025631798200000812
当载波频率满足nωc＝γB0时，载波磁场与87Rb电子进动频率产生共振，选定n值，上式的通解为，
Figure BDA0002563179820000091
此处只关注调制项，令M'x＝Re(M'+(t))，上式可表述为，
Figure BDA0002563179820000092
实验中选定n＝1，则M’x在共振频率pωc处的调制部分可以表述为：
Figure BDA0002563179820000093
由此获得的高频信号中具有Bx和By的信息，其中Bx和By中又分别包含了剩磁信息和核自旋进动磁矩信息。探测激光信号经过差分放大之后再通过带通放大，以主轴调制磁场同源信号ωc,2ωc进行解调，其中交流成分为磁矩进动信号，直流成分为x、y轴剩磁信息，可以通过获得的剩磁信息进行主动磁补偿，即对原子气室IIX轴和Y轴原位剩余磁场进行补偿，优选的使用Y轴磁场信号用于获得原子进动磁矩信息，用于避免X轴驱动磁场引入的相位误差；交流成分进入信号处理单元，用于锁相并计算陀螺输出值，具体通过极化原子进动磁矩信号的鉴相信号，闭环控制磁场线圈中产生驱动磁场的频率，实现单/多介质磁共振闭环，进而实现闭环陀螺输出。
实施例
一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪，包括原子气室、加热结构，磁场线圈，磁屏蔽罩，泵浦光系统，探测光偏振面检测系统、控制单元及信号处理单元，其中：
所述原子气室为三个尺寸为3×3×3mm3的方形玻璃气室并排紧贴结构，包括左侧1号气室，中间2号气室，右侧3号气室，可采用石英、高硼硅等抗碱金属腐蚀材料，三个气室均保证前后、上下四面透光。其中左侧1号气室充入129Xe、N2和87Rb原子，右侧3号气室充入131Xe、N2和87Rb原子，N2用作缓冲气体保证87Rb原子与Xe原子的极化率；中间2号气室充入N2和87Rb原子，N2用于87Rb原子的缓冲气体，在高效极化的条件下保证87Rb横向弛豫时间达到ms量级。
所述原子气室也可为三个尺寸为3×3×3mm3的方形玻璃气室构成“品”字结构，包括左上侧1号气室，右侧2号气室，左下3号气室，采用石英、高硼硅等抗碱金属腐蚀材料，三个气室均保证前后、上下四面透光。其中1号气室充入129Xe、N2和87Rb原子，3号气室充入131Xe、N2和87Rb原子，N2用作缓冲气体保证87Rb原子与Xe原子的极化率；2号气室充入N2和87Rb原子，N2用于87Rb原子的缓冲气体，在高效极化的条件下保证87Rb横向弛豫时间达到ms量级。
加热结构在保证透光条件下包裹原子气室，优选的选用对称消磁设计的加热片或无磁热风加热方式，在加热控制单元的控制下，实现对原子气室的温度控制。
磁屏蔽罩，用于保证原子气室不受外界磁场干扰，原子气室、加热结构以及磁场线圈设置在磁屏蔽罩内部，其他控制单元一般以电路形式实现，容易产生电磁干扰，放置在磁屏蔽罩外部，优选的采用多层磁屏蔽结构，以屏蔽外部磁场效能为标准进行优化。
泵浦光优选的采用DBR窄线宽激光器作为光源，为准直的圆偏振光，光束沿Z轴自下而上穿过气室，光斑内光强分布均匀且完全覆盖三个气室所在范围，穿过中间2号气室的泵浦光用于极化其中的碱金属原子，穿过左侧1号右侧2号气室的泵浦光用于极化碱金属原子，通过碱金属原子与惰性气体原子的自旋交换作用实现惰性气体原子的极化。
探测光优选的选用VCSEL激光器，出射线偏振激光，中心波长以信号信噪比为标准调至偏离D1线20GHz左右的位置，出射激光经过起偏器及1/2波片，在通过小孔光阑由X轴方向正面入射中间2号气室，出射后进入偏振分束棱镜，分为S偏振光和P偏振光，接着通过平衡探测器进行偏振面转角检测。获得的信号分别使用wc与2wc参考信号解调，获得Bx与By，获得的两个方向磁场信息均包含剩磁信息和原子自旋磁矩信息，通过将信号隔直即可得到进动信号，将信号做滑动积分滤波即可得到剩余磁场信息。
优选的使用Y轴磁场信号用于获得原子进动磁矩信息，用于避免X轴驱动磁场引入的相位误差。将获得的Y轴进动磁矩信号输入信号处理单元，用于锁相获得陀螺输出值。
上述方案核磁共振陀螺仪中极化与探测过程独立互不影响，通过单一参数对原子气室内气体填充组分进行优化即可实现高信噪比原子进动磁矩探测，而且本发明所述方案中每个气室所需填充的气体种类不超过两种，降低了对原子气室内填充气体的工艺要求，易于实现高精度的气体填充。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (12)

1.一种工作介质分立的核磁共振陀螺仪，其特征在于：
包括3～5个方形原子气室，所述的原子气室中一个充入磁场探测介质标记为原子气室Ⅱ，其余原子气室充入核磁共振陀螺仪的工作介质；
包括用于原子气室加热的加热结构；
包括能够产生三维磁场的磁场线圈，其中三维磁场的方向相互垂直且分别平行于原子气室三个边的方向；
包括避免磁场干扰的磁屏蔽罩，所述原子气室、加热结构以及磁场线圈设置在磁屏蔽罩内部；
包括用于极化原子气室内碱金属原子的泵浦光系统；
包括用于偏振面检测的探测光偏振面检测系统，探测光偏振面检测系统检测到的差分信号输入至信号处理单元；
包括用于磁场、激光和原子气室温度控制的控制单元；
包括用于获得原子气室原位剩余磁场、极化原子进动磁矩信号并实现闭环陀螺输出的信号处理单元。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于：所述的原子气室为3个时，三个原子气室水平并排紧贴且中心在一条直线上，或者一个气室单元与原子气室Ⅱ并排且单元中心与原子气室Ⅱ中心在一条直线上；原子气室为4个时，在原子气室Ⅱ两侧分别排布一个气室单元和一个原子气室，三者中心在一条直线上；原子气室为5个时，原子气室Ⅱ两侧分别为一个气室单元，两个气室单元与原子气室Ⅱ中心在一条直线上；
所述的气室单元为上下或者前后排布的两个原子气室。
3.根据权利要求2所述的陀螺仪，其特征在于：原子气室Ⅱ与气室单元的接触面优选设置为重合。
4.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于：所述的原子气室Ⅱ内填充碱金属原子以及缓冲气体，用于构建EPR磁强计对原子气室Ⅱ原位剩余磁场及极化惰性气体原子进动磁矩进行探测；其余原子气室内填充惰性气体或其同位素原子、N2及碱金属原子，用于提供可敏感角速度的极化惰性气体原子。
5.根据权利要求4所述的陀螺仪，其特征在于：所述的原子气室Ⅱ充入N2和87Rb原子；其余气室分别充入与原子气室Ⅱ内填充的同种碱金属原子、缓冲气体、某一种可与已填充碱金属原子发生自旋交换的惰性气体原子。
6.根据权利要求5所述的陀螺仪，其特征在于：原子气室Ⅱ充入的N2的量针对87Rb原子的弛豫时间进行优化；其余气室内充入的Xe与N2的量分别根据各自气室内Xe原子的弛豫时间进行优化；所述的优化为以弛豫时间延长为目标，碱金属原子弛豫时间特征值为10ms量级，惰性气体原子弛豫时间特征值为20s-30s。
7.根据权利要求2所述的陀螺仪，其特征在于：假设原子气室中心连线方向为Y轴，静磁场施加方向为Z轴，探测光传播方向为X轴，Z轴磁场线圈产生的磁场包含直流分量B0和调制分量Bac；所述的直流分量用于形成原子进动轴，所述的调制分量用于驱动碱金属原子，从而构建磁强计；磁场线圈产生的X轴或Y轴磁场作为驱动磁场，用于驱动充当工作介质的惰性气体原子发生宏观相干进动。
8.根据权利要求7所述的陀螺仪，其特征在于：所述的调制分量Bac＝Bc*cos(wct)，wc＝γ*B0，其中γ是碱金属原子的旋磁比，Bc以磁强计灵敏度为指标进行优化。
9.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于：所述的加热结构在保证透光条件下包裹原子气室。
10.根据权利要求7所述的陀螺仪，其特征在于：所述的泵浦光系统包括泵浦激光器、扩束准直镜、λ/4波片以及泵浦光探测器；
泵浦激光器发射的激光经扩束准直镜及波片后转换成准直的圆偏振光，光束沿Z轴自下而上穿过原子气室，光斑内光强分布均匀且完全覆盖所有原子气室所在范围；泵浦光穿过原子气室，信号被泵浦光探测器采集，用于泵浦光的稳频。
11.根据权利要求7所述的陀螺仪，其特征在于：所述的探测光偏振面检测系统包括探测激光器、扩束准直镜、λ/2波片、光阑、偏振分束棱镜、平衡探测器；
探测激光器发出的线偏振激光依次经扩束准直镜、波片转换为经准直的线偏振光，线偏振光经过光阑，使其沿X轴方向仅穿过原子气室Ⅱ，出射后进入偏振分束棱镜，分为S偏振光和P偏振光，接着通过平衡探测器得到差分后的信号，该信号输入至信号处理单元。
12.根据权利要求7所述的陀螺仪，其特征在于：所述的信号处理单元根据接收的差分后的信号获得原子气室剩余磁场、极化原子进动磁矩信号，根据原子气室剩余磁场对原子气室IIX轴和Y轴原位剩余磁场进行补偿，优选的使用Y轴磁场信号用于获得原子进动磁矩信息，用于避免X轴驱动磁场引入的相位误差；通过极化原子进动磁矩信号的鉴相信号，闭环控制磁场线圈中产生驱动磁场的频率，实现单/多介质磁共振闭环，进而实现闭环陀螺输出。
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