核磁共振陀螺仪是基于量子调控技术的前沿研究，具有高精度、小体积、低功耗等显著优点，是未来高精度微小型陀螺的主要发展方向之一。原子气室内Xe核自旋的横向弛豫时间是衡量原子气室性能的一个重要参数，直接影响陀螺的角随机游走, 准确快速地测量横向弛豫时间有利于研制性能更优的原子气室。根据推导的核自旋横向弛豫时间测量原理，基于LabVIEW软件平台设计了一种气室核自旋横向弛豫时间的自动化测试系统，实现了温度控制、氙共振频率找寻、磁场控制及数据处理存储功能。实际应用表明，采用自动化测试系统工作稳定可靠、测量效率高、测试精度高、人机交互性好，为检验核磁共振陀螺仪原子气室的性能提供了有效测试手段。

在核磁共振陀螺系统中, 需要用圆偏振光来泵浦碱金属(例如铷)原子, 使其产生极化。然而实际应用中的泵浦光不是理想的圆偏振光, 为了研究泵浦光椭圆度与铷原子极化率的变化关系, 推算了泵浦光经过四分之一波片后的表达式, 并由此得出泵浦光照射铷原子气室前的椭圆度, 建立了数值仿真模型, 研究了椭圆度对铷原子极化率的影响。同时通过实验得到了铷原子极化率与椭圆度的关系曲线。仿真和实验结果表明, 泵浦光椭圆度越大, 铷原子极化率越大, 随着椭圆度的进一步增大, 铷原子极化率增速变慢逐渐饱和; 此外, 相同的椭圆度下, 铷原子极化率随着泵浦光功率的增大而增大。

核磁共振原子陀螺凭借其高精度、小体积、低成本的特点在国内外受到广泛关注。在获取检测目标的诸多方法中, 较为常用的方法是监测探测光极化面旋转角的平衡偏振法。由于小型化带来的尺寸效应明显, 光学元件间存在不可避免的方位误差, 导致微弱光信号产生偏置, 制约了该信号的提取与放大。为提高检测性能, 分析了激光偏振态的差分检测原理, 提出了一种基于比例积分(P-I)反馈回路的自动消偏方法, 设计了基于硅光二级管的低噪声、高增益前置放大电路。最后, 结合核磁共振陀螺样机系统, 给出了该方法的仿真分析和实验结果, 验证了该方法的有效性。

为研究核磁共振陀螺中加热机构对原子气室性能的影响, 设计了5种典型加热方式。利用有限元分析软件ANSYS建立了原子气室的温度场模型, 给出了原子气室表面的稳态温度场分布情况。同时设计了探测精度为001 ℃的测温电路, 对原子气室表面不同位置的温度进行监控, 获得了不同加热方式下原子气室表面的温度变化情况。将仿真和实验结果进行比较, 发现误差在5%之内, 验证了仿真模型的正确性。综合仿真和实验结果比较了不同加热方式下原子气室表面温度分布情况, 获得了能够使原子气室表面温度分布最均匀的加热方式。