1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 北京航空航天大学杭州创新研究院(余杭),浙江 杭州 310023
无自旋交换弛豫(SERF)原子惯性测量仪表因具有超高的理论精度和易于集成等优势,成为超高精度惯性测量仪表的重要发展方向。均匀且稳定的温度场是SERF惯性测量仪表实现超高精度测量的重要基础,提出了一种基于光谱吸收的碱金属气室全域温度梯度测量方法,通过在线获取气室不同位置激光入射前后的强度,根据光强比与温度的函数关系可获得气室内部相应位置的温度信息。较为全面地分析了光谱吸收法实现在线碱金属气室温度测量的可行性以及线偏振检测光频率对测温结果的影响,并通过有限元仿真与实验测试结果的对比,验证了所提方法的有效性。所提温度梯度测量方法是基于仪表原有设备实现的,不引入额外干扰,简单可靠且可操作性强。此方法的提出为SERF惯性测量仪表的加热系统设计与性能提升提供了重要的技术支撑。
测量 光谱吸收法 温度测量 温度梯度 无自旋交换弛豫 中国激光
2022, 49(19): 1904005
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 北京航空航天大学杭州创新研究院(余杭),浙江 杭州 310023
在基于无自旋交换弛豫(SERF)的原子自旋惯性测量系统中,通过测量检测光的旋光角来实现角速率测量,检测系统的偏振误差作为直接干扰量耦合在输出信号中导致漂移,严重降低了惯性测量系统的长期稳定性。理论推导了检测系统中残余旋光角与输出信号的关系,定量分析了单位残余旋光角变化引起的SERF原子自旋惯性仪表的漂移指标变化,得到了偏振波动敏感系数。提出了一种基于偏振波动敏感系数优化的偏振误差抑制方法。调节检测激光波长,使系统工作在刻度系数最大值处,并降低原子气室温度,进行了实验验证。最后利用Allan方差对SERF原子自旋惯性测量装置的测试数据进行了漂移误差分析,零偏不稳定性由0.012 (°)/h降低至0.008 (°)/h,实现了偏振误差的抑制。
测量 旋光角 偏振误差 敏感系数 原子自旋惯性测量 长期稳定性 中国激光
2022, 49(19): 1904003
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 杭州极弱磁场重大科技基础设施研究院,浙江 杭州 310051
3 北京航空航天大学大科学装置研究院,北京 100191
无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置在前沿基础物理探索以及惯性导航领域具有广泛应用前景。建立了SERF原子自旋惯性测量装置的耦合系综动力学响应模型,通过仿真和实验量化分析了耦合系综动力学响应的影响因素,厘清了偏置磁场、耦合自旋系综极化率和弛豫率等因素对准静态响应信号的影响。发现在强耦合点与自补偿点处,动态响应速度存在75倍的显著差异。进一步分析了偏置磁场、极化率和弛豫率对不同原子组合的惯性测量装置响应系数的影响。发现在自补偿点处存在最优极化率,使惯性测量装置的角速度响应系数最高,此最优点与原子种类和电子自旋弛豫率相关,可以通过降低电子自旋弛豫率将角速度响应系数提升近1倍。明确了通过优化电子自旋极化率和抑制电子自旋弛豫率可以进一步提升SERF原子自旋惯性测量灵敏度和动态性能,有望拓展其在惯性导航和基础物理探索中的应用。
测量 无自旋交换弛豫 惯性测量装置 原子自旋耦合系综 动力学响应模型 自补偿 中国激光
2022, 49(19): 1904001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 HEDPS, Center for Applied Physics and Technology, Peking University, Beijing 100084, China
4 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100088, China
Coulomb potential may induce a significant angular offset to the two-dimensional photoelectron momentum distributions for atoms subject to strong elliptically polarized laser fields. In the attoclock experiment, this offset usually cannot be easily disentangled from the contribution of tunneling delay and poses a main obstacle to the precise measurement of tunneling delay. Based on semiclassical calculations, here, we propose a method to extract the equivalent temporal offset induced solely by Coulomb potential (TOCP) in an attoclock experiment. Our calculations indicate that, at constant laser intensity, the TOCP shows distinctive wavelength dependence laws for different model atoms, and the ratio of the target atom’s TOCP to that of H becomes insensitive to wavelength and linearly proportional to (2Ip) 3/2, where Ip is the ionization potential of the target atom. This wavelength and Ip dependence of TOCP can be further applied to extract the Coulomb potential influence. Our work paves the way for an accurate measurement of the tunneling delay in the tunneling ionization of atoms subject to intense elliptically polarized laser fields.
tunneling delay Coulomb potential influence attoclock Chinese Optics Letters
2020, 18(1): 010201
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
采用基于圆偏振探测光的光纤Sagnac原子自旋进动闭环检测技术,实验测试了无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋陀螺在两种不同抽运状态下的角速度输入/输出特性,发现了SERF原子自旋陀螺输出的非线性现象。基于SERF原子自旋陀螺理论,建立了非线性响应模型并进行仿真研究,仿真结果与实验测试一致。研究表明:SERF原子自旋陀螺的非线性由原子内在相互作用决定,与总电子弛豫率Rtot密切相关。
光纤光学 陀螺仪 无自旋交换弛豫 原子自旋陀螺 圆偏光 非线性响应 电子弛豫率
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
分析了极化碱金属气室的旋光特性,极化的原子气室宏观上可等效为一种法拉第旋光晶体,其旋光系数与原子自旋进动相关。提出了采用圆偏振探测光测量通过气室的左右旋圆偏振光相位差来实现原子自旋进动检测的思路。基于改进的全光纤反射型Sagnac干涉仪,搭建了光纤原子自旋进动检测系统,通过圆偏振探测光实现了无自旋交换弛豫态自旋进动信号的检测。在原子自旋陀螺仪实验平台上进行了实验验证并实现了陀螺效应,实验结果证明了所提理论的正确性。对陀螺性能进行了初步测试,得到其零偏不稳定性为0.29 (°)/h。
测量 光纤光学 相干检测 原子自旋进动检测 Sagnac干涉仪 无自旋交换弛豫 圆偏振光
长春理工大学 计算机科学技术学院, 长春 130022
针对立体图像舒适度难以有效地进行客观评价的问题, 结合人眼视觉注意机制, 提出了基于区域对比度的舒适度评价模型.根据显著图与视差图提取感兴趣区域作为前景区域; 量化前景和后景区域颜色空间, 估计空间加权区域对比度, 计算前景区域视差角、宽度角; 根据主观评价值利用最小二乘法拟合曲线得出客观评价模型.对比视差+宽度模型可知, 模型预测值与主观评价值的Pearson相关系数、Kendall相关系数较原模型分别提高了8.1%、3.9%, 且平均绝对值误差减小了13%, 均方根误差减小了22.1%.本文模型的普适性更优, 结果更接近主观评价值.
双目立体图像 视觉舒适度 对比度 感兴趣区域 客观评价 颜色空间 最小二乘法 Binocular stereo images Degree of visual comfortable Contrast Region of interest Objective evaluation Color space Least square method 光子学报
2018, 47(12): 1210002
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
在无自旋交换弛豫原子磁强计中, 需要检测极小的旋光角度。基于光弹调制器的偏振调制技术由于其较低的噪声和长时间的稳定性在各种检测方法中是优选的。但光弹调制器的输出信号里包含有大量噪声和高次谐波, 严重影响了原子磁强计的性能。针对以上问题分析了基于光弹调制器的偏振调制技术的原理和待检测信号的特性, 并提出一种基于双通道数字锁相放大器的原子磁强计微弱信号检测方法。该方法简化锁相放大算法, 减小电路复杂度, 并能准确地同时检测一次谐波和二次谐波的幅值。理论分析和仿真结果表明, 该检测系统工作良好, 可以准确地检测微弱信号, 误差在0.1%以内。
光信号检测 原子磁强计 激光器应用 optical signal detection atomic magnetometers laser applications 红外与激光工程
2018, 47(8): 0817001