SERF原子耦合磁强计抽运光功率误差分析

摘要

基于无自旋交换弛豫（Spin exchange relaxation-free, SERF）的原子自旋耦合磁强计同时具有敏感角速率和抑制环境磁场扰动的能力，是一种很有前途的长期导航应用工具.抽运光功率误差从标度因数和零偏稳定性两个方面限制了SERF耦合磁强计的长期稳定性，目前针对SERF惯性测量的抽运光误差分析均为分析标度因数误差，缺乏对零偏稳定性的分析.为了分析抽运光功率对系统的零偏稳定性影响，本文基于泰勒展开，将K–Rb–21Ne耦合磁强计动力学系统由非线性系统简化为线性时不变系统，并基于状态空间方法推导了抽运光功率频率响应模型，最后在SERF耦合磁强计上对该模型进行了实验验证.理论和实验结果表明，耦合磁强计的磁光非正交将在光功率传递函数中引入微分环节，导致在耦合磁强计工作带宽里，耦合磁强计的输出信号与抽运光功率近似成比例环节.本文为分析SERF耦合磁强计中抽运光功率波动引起的惯性测量误差提供了精确的模型，为后续进行抽运光功率抑制提供了理论支持.

关键词

SERF / 耦合磁强计 / 惯性测量 / 频率响应 / 光功率误差

基金资助

国家自然科学基金资助项目（62103026）; 中国博士后科学基金资助项目（2024T171116）