DBR激光器在核磁共振陀螺仪中的应用

【作者】 张大伟； 徐正一； 周敏； 徐信业；

【机构】 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室和物理系；

【摘要】 近年来,核磁共振陀螺仪因兼具小型化且高精度的特点,已成为陀螺仪领域的研究热点。基于¹³³Cs-¹²⁹Xe/¹³¹Xe的核磁共振陀螺仪,首先通过与Cs原子D₁（895nm）线共振的圆偏振光泵浦极化133Cs原子,再通过碱金属与惰性气体之间自旋交换碰撞泵浦极化惰性气体原子¹²⁹Xe/¹³¹Xe。在共振激励磁场的作用下,惰性气体宏观磁矩绕恒定磁场做拉莫尔进动,通过与¹³³Cs原子D₂（852nm）线共振失谐的线偏振光的旋光效应可以探测惰性气体宏观磁矩的进动频率,从而得到装置的转动信息。核磁共振陀螺仪的装置如图所示,泵浦光（895nm）经过起偏器和四分之一波片实现圆偏振泵浦极化碱金属原子,探测光（852nm）经过起偏器、光弹调制器（PEM）、检偏器、探测器后,经锁相放大器解调得到线偏光偏振面的转动频率信号,进而得到装置的转动角速度信息并实现磁场的闭环锁定和主动补偿。泵浦光和探测光的性能对核磁共振系统的具有重要影响,我们的方案中选择DBR激光二极管,其通过内含的布拉格光栅实现选模,具有窄线宽、高功率、小体积的特点。我们使用Photodigm公司895nm和852nm TO-8封装的DBR激光二极管,其线宽小于1MHz,边模抑制比超过30dB,可调谐范围为±2nm,温度和电流对其频率的影响分别为25 GHz/℃和1GHz/mA。通过对DBR激光二极管温度（0.001℃）和电流（±10uA）的精密控制,可以实现DBR激光器的高精度调谐,从而满足基于¹³³Cs-¹²⁹Xe/¹³¹Xe核磁共振陀螺仪的测量要求。更多还原