PDF《新一代惯性导航技术： 冷原子陀螺仪》

250 mA 的 恒定电流, 电流噪声小于

1 A.温度控制电路是 基于比例 积分 微分( PID: Proportional Integral Derivative) 反馈调节的、 温度灵敏度优于 0.

1 mK. DFB 激光器和锥形放大芯片( T A) 激光器均采用 这套温度控制电路.T A 放大芯片在

780 nm 波长 处的最大输出功率为

1 W, 输出波长及线宽与注入 激光一致.自制的 T A 激光器电流控制电路最大 输出恒定电流 2.

5 A, 电流噪声小于

1 A, 具有保 护激光管的慢启动功能.激光器系统中分光系统, 饱和吸收探测系统, 隔离器, 反射镜等所需的调整 架都是按照

25 mm 高的低光路规格自主设计和制 作的小型化光学调整架, 提高了光路的稳定性, 以 利于光路的小型化集成.

2 GNSS World of China/ 2010.

4 TA 芯片加电后, 在没有种子光注入自由运转 时, 自发辐射输出较为均匀的发散荧光, 荧光功率 随电流增加缓慢增大.输入的种子光功率为

25 mW 时, 放大功率在经过大约

500 mA 的阈值电流 后, 随电流增加迅速增大.当电流升高到

2 A 时, 输出功率达到

1000 mW. 2.

3 电路系统 本实验中所采用的电路系统均为自主研制, 直 接数 字频 率 综合 器(Directed Digital System, DDS) 的频率分辨率达到

1 Hz, 主要分为

5 个部 分: 参考时钟、 相位累加器、 相位到幅度转换表、 数 模转换器、 和低通滤波器.参考时钟提供一个稳定 的参考时钟, 用它来同步整个 DDS 的各个部分, 它 的稳定度直接决定了最终输出信号的稳定度, 因此 在要求 DDS 具有高稳定射频输出, 最好使用高稳 定的晶振.相位累加器在系统时钟的控制下以频 率控制字 M 作累加.相位累加器输出的二进制代 码作为地址对相位到幅度转换器( 相位到幅度转换 器中存入的是正弦信号的幅度信息) 进行寻址, 从 而得到含幅度信息的二进制码, 再经过高速的 DA 转换器得到阶梯波, 最后经过低通滤波器输出平滑 的合成信号波形.

3 实验结果 对铷源加热使其中的铷原子扩散到 M OT 的 真空腔中, 然后将 TA 稳频到5S1/

2 , F =

3 5P3/

2 , F'

= 2, 3,

4 跃迁的交叉峰 Co[ 3,

2 4] 上, 将DL100 稳频到 5S1/

2 , F=

2 5P3/

2 , F '

= 1, 2,

3 跃迁的共 振峰 P[ 2, 3] 上, 打开四极磁场后通过磁光阱囚禁 原子, 用CCD 观察到的磁光阱如图

2 所示. 图2CCD 观测到的磁光阱中的冷原子 在MOT 制备完毕后, 用两个 DDS 分别控制 垂直方向的上面两束光束( 两个 MOT 各有两束) 负失谐 2.

2 MH z, 下面两束光束( 两个 MOT 各有 两束) 正失谐 2.

2 M Hz, 以补偿运动光学黏胶中由 于速度引起的多普勒频移.用移动光学黏胶将原 子加速到 2.

5 m/ s, 与水平方向成

76 ?的初速度进 行抛物线运动. 冷原子上升时的荧光探测信号如图

3 所示, 深 色为左面磁光阱冷原子的飞行时间探测信号 ( T ime of flight, T OF) , 浅色为右面磁光阱冷原子 的飞行时间探测信号, 两个信号强度的差别的主要 原因是铷源与磁光阱真空腔不等距, 使扩散到腔中 的铷原子密度不相等, 两个 M OT 冷却的原子数目 不同, 同时探测光准直性不太好, 经过较长距离后, 作用在原子上单位面积的光强会减小.原子下落 时的荧光探测信号如图

4 所示, 其中浅色为左面磁 光阱冷原子的飞行时间探测信号, 深色为右面磁光 阱冷原子的飞行时间探测信号, 同样两个信号的强 度有差别, 但是信号强度的绝对大小并不影响冷原 子陀螺仪对旋转的测量. 通过测量飞行时间的方法来判断原子上抛的 轨迹和速度特性, 用激光照射改变原子运动路径的 方法来判断原子轨迹, 原子在上抛的过程中, 由于 自身的热速度, 原子团会逐渐扩散变大, 当原子运