CN114459454A - 一种基于lcvr的serf原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，通过在气室与检测入气室光路系统之间设置第三LCVR液晶相位延迟器作为检测光中的圆偏振分量补偿模块，并通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值改变检测光中的圆偏振分量以将检测光因穿越气室壁进入气室内所引起的偏振光退偏所产生的圆偏振分量补偿至零，抑制检测光对气室中碱金属原子的抽运效应，使SERF原子自旋陀螺仪输出信号偏置避免因检测光强波动而产生信号漂移，从而提高SERF原子自旋陀螺仪的长期稳定性。
Description
技术领域
一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，通过在气室与检测入气室光路系统之间设置第三LCVR液晶相位延迟器作为检测光中的圆偏振分量补偿模块，并通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值改变检测光中的圆偏振分量以将检测光因穿越气室壁进入气室内所引起的偏振光退偏所产生的圆偏振分量补偿至零，抑制检测光对气室中碱金属原子的抽运效应，使SERF原子自旋陀螺仪输出信号偏置避免因检测光强波动而产生信号漂移，从而提高SERF原子自旋陀螺仪的长期稳定性。
背景技术
导航技术对我国国民经济的发展具有重要意义。惯性导航是唯一的实时、自主、连续、隐蔽、没有时间地域限制、不受外部干扰的导航技术，被广泛用于国民经济的各个领域。陀螺仪是惯性导航系统的核心部件，是制约惯性导航系统性能提高的瓶颈。随着量子调控技术的发展，基于量子效应的各种科学仪器正不断地、大幅度地突破传统仪器的测量极限。原子式惯性测量仪表是一种利用磁光与原子相互作用原理实现精密惯性测量的量子仪器，是新一代惯性测量仪表的重要发展方向。其中的SERF(Spin-Exchange Relaxation-Free，无自旋交换弛豫)原子自旋陀螺仪，凭借其无自旋交换弛豫的特点，具有超高的极限精度优势，并且由于其易于集成的特点，受到了国内外学者的广泛关注。由于其具有以上优势，兼具小体积等优点，是未来陀螺仪器的首要选择目标。
目前SERF原子自旋陀螺仪的长期稳定性距离理论精度仍有较大差距，检测光的抽运效应是其中一项重要的误差项。由于检测光光强稳定模块的能力极限限制，检测光即使经过光强稳定模块，其光强仍会有小范围的波动。结合激光在通过气室的玻璃后产生的圆偏振分量会对碱金属原子产生抽运效果的特点，这种检测光强波动会导致输出信号产生漂移，最终影响陀螺装置的长期稳定性，影响陀螺仪正常运作。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，通过在气室与检测入气室光路系统之间设置第三LCVR液晶相位延迟器作为检测光中的圆偏振分量补偿模块，并通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值改变检测光中的圆偏振分量以将检测光因穿越气室壁进入气室内所引起的偏振光退偏导致的圆偏振分量补偿至零，抑制检测光对气室中碱金属原子的抽运效应，使SERF原子自旋陀螺仪输出信号偏置避免因检测光强波动而产生信号漂移，从而提高SERF原子自旋陀螺仪的长期稳定性。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，包括通过在气室与检测入气室光路系统之间设置第三LCVR液晶相位延迟器作为检测光中的圆偏振分量补偿模块，并通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值改变检测光中的圆偏振分量以将检测光因穿越气室壁进入气室内所引起的偏振光退偏导致的圆偏振分量补偿至零，从而使检测光对气室中碱金属原子的检测光抽运效应得到抑制。
所述改变检测光中的圆偏振分量包括改变圆偏振分量大小和光矢量的旋转方向。
具体包括以下步骤：
步骤1，把SERF原子自旋陀螺仪安装于载体平台上，调整陀螺仪至正常工作状态，抽运光路系统形成的抽运光路沿Z轴穿越气室，检测入气室光路系统形成的检测光路沿X轴穿越气室进入检测出气室光路系统，所述检测入气室光路系统包括依次连接的检测激光器、第三起偏器、第二LCVR液晶相位延迟器和第二PBS偏振分光棱镜，所述第二PBS偏振分光棱镜的反射光进入检测光光强稳定电路，所述第二PBS偏振分光棱镜的透射光进入第三LCVR液晶相位延迟器，所述检测光光强稳定电路连接所述第二LCVR液晶相位延迟器；
步骤2，旋转所述第三LCVR液晶相位延迟器，使其液晶快轴与Z轴正方向成一个2°以内的夹角，调整所述第二LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值以使检测光光强在设定值上下波动±10mW，并记录分别对应的输出信号偏置Uoutput和差值△Uoutput，通过旋转调节所述检测出气室光路系统中的第三1/2波片，使△Uoutput减小至零，达到检测光消光的状态；
步骤3，改变检测光光强I的设定值，并记录对应的输出信号偏置Uoutput，拟合出Uoutput-I曲线，曲线呈现二次函数线型，通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器上的用于补偿检测光的圆偏振光分量的方波电压峰峰值，直到Uoutput-I曲线呈现为水平直线，即信号偏置不随检测光强设定值变化而变化，此时即完成对检测光因抽运效应所引入误差的抑
所述检测出气室光路系统包括第三PBS偏振分光棱镜，所述第三PBS偏振分光棱镜将从第三1/2波片入射的检测光分为反射光和透射光，所述反射光通过第二PD光电探测器连接信号采集模块，所述透射光通过第一PD光电探测器连接信号采集模块。
所述磁屏蔽系统内设置有均环绕所述气室的无磁电加热系统和三轴磁场补偿线圈。
所述抽运光路系统包括依次连接的抽运激光器、第一1/2波片、第一PBS偏振分光棱镜、第一起偏器、第一LCVR液晶相位延迟器、第二起偏器、第二1/2波片、格兰泰勒棱镜和1/4波片。
所述第一LCVR液晶相位延迟器连接抽运激光光强稳定模块，所述抽运激光光强稳定模块连接所述格兰泰勒棱镜的反射光。
所述抽运激光器连接频率稳定模块，所述频率稳定模块连接所述第一PBS偏振分光棱镜的反射光。
所述气室内充有碱金属钾原子、铷原子、惰性气体氖-21和淬灭气体氮气。
所述检测出气室光路系统采用差分偏振检测方式或光弹调制检测方式或法拉第调制检测方式检测气室内原子产生的旋光角信号。
本发明的技术效果如下：一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，通过调整施加到用于补偿的LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值，改变检测激光中的圆偏振分量大小和光矢量的旋转方向，使检测激光穿越气室壁后，碱金属原子不会受到检测光引入的抽运效应的影响。该方法可用于SERF原子陀螺仪中实现对检测光的抽运效应进行抑制，减小由于检测光强稳定性波动所引入的信号漂移，提高检测信号的长期稳定性。本发明方法简单，且操作步骤简便。
本发明与现有技术相比的优点在于：在碱金属原子被抽运极化后，由其产生的电子自旋对穿过自身激光的偏振特性十分敏感，而作为检测手段所使用的线偏振激光在穿越气室的玻璃壁后，偏振特性容易变化，引入圆偏振分量，从而使碱金属原子在检测光方向上产生额外的极化强度，此额外的极化强度会随检测光强发生变化，从而导致陀螺输出的信号偏置发生漂移。本发明提出的一种SERF原子自旋陀螺仪的检测光抽运效应抑制方法，可以在SERF原子自旋陀螺仪上，基于LCVR液晶相位延迟器，实现对检测光中的圆偏振分量进行补偿，进而抑制检测光对碱金属原子引入的抽运效应，从而提高SERF原子自旋陀螺的长期稳定性。
附图说明
图1是实施本发明一种SERF原子自旋陀螺仪的检测光抽运效应抑制方法流程示意图。图1中包括步骤1，调整原子自旋陀螺仪至正常工作状态，其中检测光光强设定值为I0，补偿模块液晶快轴与水平方向夹角小于2度(补偿模块液晶快轴即液晶相位延迟器上的液晶快轴，水平方向即横向Z轴正方向，Z轴为抽运激光光路，X轴为检测光光路)；步骤2，调整入射检测光的光强设定值(Ii)为I0+△I，△I为光强调整变化量，下标i为第i次调整，i为正整数；步骤3，记录分别的信号偏置Uoutput和差值△Uoutput；步骤4，判断差值△Uoutput是否为零，如果是，则进入步骤5，如果否，则旋转调整检测光出筒(即出气室)后的1/2波片(例如图2中的第三1/2波片C1)后返回步骤2；步骤5，分别改变检测光的光强设定值I，I＝I0+k△I，k为正整数，记录对应的k个陀螺信号偏置Uoutput(I)；步骤6，拟合I-Uoutput曲线；步骤7，判断I-Uoutput曲线是否为水平直线，如果否，则调整补偿模块液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值后返回步骤5，如果是，则补偿完成。
图2是SERF原子自旋陀螺仪的结构示意图。
附图标记列示如下：A-抽运光路系统；A1-抽运激光器；A2-第一1/2波片；A3-第一PBS偏振分光棱镜(PBS，Polarizating beam splitter，偏振分光棱镜)；A4-第一起偏器；A5-第一LCVR液晶相位延迟器(LCVR，liquid crystal phase variable retarder)；A6-第二起偏器；A7-第二1/2波片；A8-格兰泰勒棱镜；A9-1/4波片；B-检测入气室光路系统；B1-检测激光器；B2-第三起偏器；B3-第二LCVR液晶相位延迟器；B4-第二PBS偏振分光棱镜；B5-第三LCVR液晶相位延迟器；C-检测出气室光路系统；C1-第三1/2波片；C2-第三PBS偏振分光棱镜；C3-第一PD光电探测器(PD，Photodetector)；C4-第二PD光电探测器；D1-气室；D2-无磁电加热系统；D3-三轴磁场补偿线圈；D4-磁屏蔽系统；E1-频率稳定模块；E2-抽运激光光强稳定模块；E3-检测光光强稳定电路；E4-信号采集模块；E5-抽运激光光强稳定模块；E6-检测光光强稳定模块；xyz-坐标轴。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图2)和实施例对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法流程示意图。图2是SERF原子自旋陀螺仪的结构示意图。参考图1至图2所示，一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，包括在环绕气室D1的磁屏蔽系统D4与检测入气室光路系统B中的第二PBS偏振分光棱镜B4之间设置第三LCVR液晶相位延迟器B5作为检测光中的圆偏振分量补偿模块，并通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器B5上的方波电压峰峰值改变检测光中的圆偏振分量以将检测光因穿越气室壁进入气室内所引起的偏振光退偏导致的圆偏振分量补偿至零，从而使检测光对气室中碱金属原子的检测光抽运效应得到抑制。所述改变检测光中的圆偏振分量包括改变圆偏振分量大小和光矢量的旋转方向。
具体包括以下步骤：
步骤1，把SERF原子自旋陀螺仪安装于载体平台上，调整陀螺仪至正常工作状态，抽运光路系统A形成的抽运光路沿Z轴穿越气室D1，检测入气室光路系统B形成的检测光路沿X轴穿越气室D1进入检测出气室光路系统C，所述检测入气室光路系统B包括依次连接的检测激光器B1、第三起偏器B2、第二LCVR液晶相位延迟器B3和第二PBS偏振分光棱镜B4，所述第二PBS偏振分光棱镜B4的反射光进入检测光光强稳定电路E3，所述第二PBS偏振分光棱镜B4的透射光进入第三LCVR液晶相位延迟器B5，所述检测光光强稳定电路E3连接所述第二LCVR液晶相位延迟器B3；
步骤2，旋转所述第三LCVR液晶相位延迟器B5，使其液晶快轴与Z轴正方向成一个2°以内的夹角，调整所述第二LCVR液晶相位延迟器B3上的方波电压峰峰值以使检测光光强在设定值上下波动±10mW，并记录分别对应的输出信号偏置Uoutput和差值△Uoutput，通过旋转调节所述检测出气室光路系统C中的第三1/2波片C1，使△Uoutput减小至零，达到检测光消光的状态；
步骤3，改变检测光光强I的设定值，并记录对应的输出信号偏置Uoutput，拟合出Uoutput-I曲线，曲线呈现二次函数线型，通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器B5上的用于补偿检测光的圆偏振光分量的方波电压峰峰值，直到Uoutput-I曲线呈现为水平直线，即信号偏置不随检测光强设定值变化而变化，此时即完成检测光抽运效应的抑制。
所述检测出气室光路系统C包括第三PBS偏振分光棱镜C2，所述第三PBS偏振分光棱镜C2将从第三1/2波片C1入射的检测光分为反射光和透射光，所述反射光通过第二PD光电探测器C4连接信号采集模块E4，所述透射光通过第一PD光电探测器C3连接信号采集模块E4。所述磁屏蔽系统D4内设置有均环绕所述气室D1的无磁电加热系统D2和三轴磁场补偿线圈D3。所述抽运光路系统A包括依次连接的抽运激光器A1、第一1/2波片A2、第一PBS偏振分光棱镜A3、第一起偏器A4、第一LCVR液晶相位延迟器A5、第二起偏器A6、第二1/2波片A7、格兰泰勒棱镜A8和1/4波片A9。所述第一LCVR液晶相位延迟器A5连接抽运激光光强稳定模块E2，所述抽运激光光强稳定模块E2连接所述格兰泰勒棱镜A8的反射光。所述抽运激光器A1连接频率稳定模块E1，所述频率稳定模块E1连接所述第一PBS偏振分光棱镜A3的反射光。所述气室D1内充有碱金属钾原子、铷原子、惰性气体氖-21和淬灭气体氮气。所述检测出气室光路系统C采用差分偏振检测方式或光弹调制检测方式或法拉第调制检测方式检测气室D1内原子产生的旋光角信号。
本发明属于SERF原子自旋陀螺仪惯性测量领域，特别是涉及一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，该方法可以有效抑制检测光中由圆偏振分量引入的抽运效应所产生的误差和漂移，提升SERF原子自旋陀螺的长期稳定性。
本发明提出一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，通过该方法能使SERF原子自旋陀螺仪实现在正常工作的状态下，有效地抑制检测光强所引起的抽运效应，从而抑制由此产生的信号漂移。
一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，首先通过圆偏振光极化碱金属原子，使陀螺仪处于正常工作状态，然后通过控制用于补偿的LCVR液晶相位延迟器，调整检测光中的圆偏振分量，使检测激光透过气室壁后，碱金属原子不会受到该光束所带来的抽运效应影响，从而抑制由检测光抽运效应带来的检测误差。该方法可于SERF原子陀螺仪中实现对检测光的抽运效应进行抑制，减小由于检测光强波动所引入的信号漂移，提高检测信号的长期稳定性。
所述的检测光抽运效应抑制方法包括以下步骤：步骤(1)、首先把SERF原子自旋陀螺仪安装于载体平台上，调整陀螺仪至正常工作状态。抽运激光沿Z轴入射气室，检测激光沿X轴方向入射气室；步骤(2)、调整检测入气室光路系统中的检测激光光强稳定模块至正常工作状态，使检测光强稳定在设定值处；将用于补偿的LCVR液晶相位延迟器安装在检测光入气室前的位置，使其液晶快轴与Z轴正方向成一个2°以内的夹角。此时调节检测激光光强稳定模块中的LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值，使检测光强在设定值上下波动±10mW，并记录分别对应的信号输出偏置和差值△Uoutput；下一步通过旋转调节检测光出气室后的1/2波片，使前述的差值△Uoutput减小至零，达到检测光消光的状态。步骤(3)、参考步骤2在一定范围内改变检测光强的设定值Ii，并记录对应的信号偏置Uoutput，由此可以拟合出信号偏置Uoutput-光强I的曲线，曲线呈现二次函数线型。通过调整施加在用于补偿的LCVR液晶相位延迟器的方波电压峰峰值，进而调整用于补偿检测光的圆偏振光分量大小，直到信号偏置Uoutput-光强I的曲线呈现为水平直线，即信号偏置不随检测光强设定值变化而变化，此时即完成对检测光因抽运效应所引入的漂移误差的抑制。
所述步骤1中，陀螺仪包括气室、无磁电加热系统、磁屏蔽系统、三轴磁场补偿线圈、抽运系统和检测系统；调整陀螺仪至正常工作状态是指：将充有碱金属钾原子、铷原子、惰性气体氖-21和淬灭气体氮气的气室通过无磁电加热系统进行加热达到工作温度，磁屏蔽系统隔离环境磁场，使系统工作在稳定弱磁环境下；抽运系统使抽运激光沿Z轴进入气室，使用圆偏振光极化钾原子，极化的钾原子通过自旋交换碰撞极化铷原子，并进而超极化惰性气体核子氖-21；检测系统使检测激光沿X轴方向入射气室，由气室出射后，经检测出气室光路系统差分得到旋光角信号。所述步骤1中，所述的检测系统为检测气室内原子产生的旋光角信号，采用差分偏振检测方式或光弹调制检测方式或法拉第调制检测方式。
图1是实施本发明一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法流程示意图。本发明实施的一种SERF原子自旋陀螺仪的检测光抽运效应抑制方法，包括下列步骤：步骤(1)、首先把SERF原子自旋陀螺仪安装于载体平台上，调整陀螺仪至正常工作状态。抽运激光沿Z轴入射气室，检测激光沿X轴方向入射气室；步骤(2)、调整检测入气室光路系统中的检测激光光强稳定模块至正常工作状态，使检测光强稳定在设定值处；摆放用于补偿的LCVR液晶相位延迟器在检测光入气室前的位置，旋转至液晶快轴沿横向Z轴正方向。此时调节检测激光光强稳定模块中的LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值，使检测光强在设定值上下波动±10mW，并记录分别对应的信号输出偏置和差值△Uoutput；下一步通过旋转调节检测光出气室后的1/2波片，使前述的差值△Uoutput减小至零，达到检测光消光的状态。步骤(3)、参考步骤2在一定范围内改变检测光强的设定值Ii，并记录对应的信号偏置Uoutput，由此可以拟合出信号偏置Uoutput-光强I的曲线，曲线呈现二次函数线型。通过调整施加在用于补偿的LCVR液晶相位延迟器的方波电压峰峰值，进而调整用于补偿检测光的圆偏振光分量大小，直到信号偏置Uoutput-光强I的曲线呈现为水平直线，即信号偏置不随检测光强设定值变化而变化，此时即完成检测光抽运效应的抑制。检测光由气室壁等玻璃器件引起的偏振光退偏导致的圆偏振分量可以被补偿至零，有效地抑制了检测光所产生的抽运效应，输出信号偏置不受到检测光强波动的影响。
图2是SERF原子自旋陀螺仪的结构示意图。陀螺仪包括一个气室D1、无磁电加热系统D2、三轴磁场补偿线圈D3、磁屏蔽系统D4、抽运系统和检测系统。气室D1中充有碱金属钾原子、铷原子、惰性气体氖-21和淬灭气体氮气；无磁电加热系统D2将气室加热到工作温度，使气室D1内形成高气体密度环境；磁屏蔽系统D4隔离环境磁场，使系统工作在稳定弱磁环境下；三轴磁场补偿线圈D3通过直流偏置主动补偿磁屏蔽后的剩磁。抽运系统由抽运激光器A1、频率稳定模块E1、抽运激光光强稳定电路E2和抽运光路系统A(包含抽运激光光强稳定模块E5)构成。其中抽运光路系统A从激光器开始依次包括第一1/2波片A2，第一PBS偏振分光棱镜A3，第一起偏器A4，第一LCVR液晶相位延迟器A5，第二起偏器A6，第二1/2波片A7，格兰泰勒棱镜A8，1/4波片A9。抽运激光从抽运激光器A1出射，经过整形变成能覆盖气室的大圆光斑，通过频率稳定模块E1，使抽运光频率稳定在钾原子D1线的饱和吸收峰处，通过抽运激光光强稳定模块E2，使抽运光强保持大功率且稳定的状态。抽运激光经过光路系统各模块后，最后经过一片1/4波片A9变为圆偏振光沿Z轴进入碱金属气室，极化钾原子。极化的钾原子通过自旋交换碰撞极化铷原子，并进而超极化惰性气体核子氖-21。检测系统包含检测激光器B1、检测激光光强稳定电路E3，检测入气室光路系统B(包含检测激光光强稳定模块E6)和检测出气室光路系统C。其中检测入气室光路系统B自激光器开始依次包括第三起偏器B2，第二LCVR液晶相位延迟器B3，第二PBS偏振分光棱镜B4，用于补偿的第三LCVR液晶相位延迟器B5；检测出气室光路系统C包括第三1/2波片C1，第三PBS偏振分光棱镜C2和一对PD光电探测器C3、C4及信号采集模块E4。其中检测激光由检测激光器B1出射，以铷原子D1线为中心频率，调整至百GHz偏频，从而获得最高的信噪比；然后检测激光沿X轴正方向入射气室D1，由气室D1出射后经检测出气室光路系统C得到旋光角信号。陀螺仪确保上述工作状态，即称为调整至正常工作。
图2中检测出气室光路系统C为差分偏振检测方式，也可由光弹调制检测方式和法拉第调制检测方式等其他可检测气室D1内原子产生的旋光角信号的检测方式代替。本发明给出的一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法中抽运激光沿Z方向极化原子，检测激光沿X方向检测；同样的方法对于检测激光沿Y轴方向入射气室D1时同理适用，只需将上述实施例中的X、Y互换即可。
本发明的原理是：
首先，SERF原子自旋陀螺仪的检测输出方程为如下所示：
这里，KPD是光电探测器电流转换为电压信号的前置放大器倍数；I0是入射气室的检测光强；l是检测光通过气室的长度；n是碱金属原子的密度；re是电子半径；c是光速；
是沿X轴方向的碱金属极化矢量，代表原子在这个方向的极化强度；f是碱金属原子D1线的振荡强度；νprobe是检测光的频率；vD1是碱金属原子D1线的中心频率；vD2是碱金属原子D2线的中心频率；ΓD1是碱金属原子D1线压力展宽的线宽；ΓD2碱金属原子D2线压力展宽的线宽；△θ是出光后的1/2波片补偿的旋光角偏置；其中F1(νprobe)是一个与检测光频率有关的参数，表达式具体如下：
考虑到检测光会产生对横向原子自旋的抽运效应，由于抽运效应较小，对核自旋的极化效果可以忽略。于是，针对电子自旋同时考虑以上提及的抽运效应，其产生的电子自旋横向极化矢量
可以有下面的表达式：
其中，
是电子自旋横向极化矢量；
是横向的弛豫率；Q是减慢因子；
是检测光横向的抽运速率；sm是检测光的自旋角动量因子，其中对线偏振光sm＝0，对圆偏振光sm＝1。
对于稳定状态下，最终的电子自旋横向极化矢量表示为
其中
是系统的极化矢量的横向分量，
是由于检测光抽运效应所产生的额外横向分量。
对于检测光横向的抽运速率
可以有以下表达式：
其中，σ(νprobe)是光子吸收截面积，Φ(νprobe)是光通量，二者均是于检测光频率νprobe的函数。他们分别的表达式如下：
其中，Aprobe是检测光光斑面积，δνprobe是检测光的频率带宽。
联例解得：
其中，F2(νprobe)是仅与检测光频率有关的一个参数，具体如下：
考虑以上检测光的抽运效应，最终的SERF原子自旋陀螺仪输出方程可以修正为：
最终的SERF原子自旋陀螺仪输出方程Uoutput(I0)关于检测光强I0呈现为二次函数曲线，本发明的方法是通过把公式中△θ和sm调整至零，使信号不受I0波动影响，可以显著提升陀螺仪的输出信号稳定性。
下面解释说明，液晶补偿圆偏振分量的原理。首先明确检测光路系统中，液晶相位延迟器LCVR的通光面是垂直于光束前进方向放置。根据偏振光学的原理，液晶相位延迟器LCVR的穆勒矩阵MR(θ,δ)可以表示为以下形式：
其中，θ是液晶相位延迟器LCVR快轴相对Z轴正方向的夹角；δ是LCVR的相位延迟量。
从上述穆勒矩阵可以看出，当液晶相位延迟器LCVR快轴沿Z轴正方向固定时，即θ＝0，可以通过调节LCVR上施加的方波电压峰峰值进而改变相位延迟量δ，使得透过LCVR后出射的检测光长轴保持在Z轴方向，但可以调整其光学偏振特性中的圆偏振分量大小及圆偏振的旋转方向，实现补偿检测激光中的圆偏振分量。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，包括在环绕气室的磁屏蔽系统与检测入气室光路系统中的第二PBS偏振分光棱镜之间设置第三LCVR液晶相位延迟器作为检测光中的圆偏振分量补偿模块，并通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值改变检测光中的圆偏振分量以将检测光因穿越气室壁进入气室内所引起的偏振光退偏导致的圆偏振分量补偿至零，从而使检测光对气室中碱金属原子的检测光抽运效应得到抑制。
2.根据权利要求1所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，所述改变检测光中的圆偏振分量包括改变圆偏振分量大小和光矢量的旋转方向。
3.根据权利要求1所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，把SERF原子自旋陀螺仪安装于载体平台上，调整陀螺仪至正常工作状态，抽运光路系统形成的抽运光路沿Z轴穿越气室，检测入气室光路系统形成的检测光路沿X轴穿越气室进入检测出气室光路系统，所述检测入气室光路系统包括依次连接的检测激光器、第三起偏器、第二LCVR液晶相位延迟器和第二PBS偏振分光棱镜，所述第二PBS偏振分光棱镜的反射光进入检测光光强稳定电路，所述第二PBS偏振分光棱镜的透射光进入第三LCVR液晶相位延迟器，所述检测光光强稳定电路连接所述第二LCVR液晶相位延迟器；
步骤2，旋转所述第三LCVR液晶相位延迟器，使其液晶快轴与Z轴正方向成一个2°以内的夹角，调整所述第二LCVR液晶相位延迟器上的方波电压峰峰值以使检测光光强在设定值上下波动±10mW，并记录分别对应的输出信号偏置Uoutput和差值△Uoutput，通过旋转调节所述检测出气室光路系统中的第三1/2波片，使△Uoutput减小至零，达到检测光消光的状态；
步骤3，改变检测光光强I的设定值，并记录对应的输出信号偏置Uoutput，拟合出Uoutput-I曲线，曲线呈现二次函数线型，通过调整施加到所述第三LCVR液晶相位延迟器上的用于补偿检测光的圆偏振光分量的方波电压峰峰值，直到Uoutput-I曲线呈现为水平直线，即信号偏置不随检测光强设定值变化而变化，此时即完成对检测光因抽运效应所引入误差的抑制。
4.根据权利要求1所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，所述检测出气室光路系统包括第三PBS偏振分光棱镜，所述第三PBS偏振分光棱镜将从第三1/2波片入射的检测光分为反射光和透射光，所述反射光通过第二PD光电探测器连接信号采集模块，所述透射光通过第一PD光电探测器连接信号采集模块。
5.根据权利要求1所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，所述磁屏蔽系统内设置有环绕所述气室的无磁电加热系统和三轴磁场补偿线圈。
6.根据权利要求2所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，所述抽运光路系统包括依次连接的抽运激光器、第一1/2波片、第一PBS偏振分光棱镜、第一起偏器、第一LCVR液晶相位延迟器、第二起偏器、第二1/2波片、格兰泰勒棱镜和1/4波片。
7.根据权利要求6所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，所述第一LCVR液晶相位延迟器连接抽运激光光强稳定模块，所述抽运激光光强稳定模块连接所述格兰泰勒棱镜的反射光。
8.根据权利要求6所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，所述抽运激光器连接频率稳定模块，所述频率稳定模块连接所述第一PBS偏振分光棱镜的反射光。
9.根据权利要求1所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，所述气室内充有碱金属钾原子、铷原子、惰性气体氖-21和淬灭气体氮气。
10.根据权利要求1所述的基于LCVR的SERF原子自旋陀螺检测光强误差抑制方法，其特征在于，所述检测出气室光路系统采用差分偏振检测方式或光弹调制检测方式或法拉第调制检测方式检测气室内原子产生的旋光角信号。
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