ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КАЧЕСТВА РЕЗОНАНСА ОТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕЗИЯ В ЯЧЕЙКЕ КВАНТОВОГО ДАТЧИКА ВРАЩЕНИЯ 

Предмет исследования. Приведены результаты исследования влияния распределения цезия по стенкам газовой ячейки квантового датчика вращения на ширину и амплитуду параметрического резонанса в цезии. Методы. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены с использованием математической модели и макета квантового датчика вращения, а также лабораторного стенда для исследования параметров газовой ячейки. Математическая модель применялась для расчета теоретического значения скорости релаксации цезия при различных температурах и последующего сопоставления этих данных с экспериментальными. Для экспериментального определения скорости релаксации цезия использовались данные о ширине параметрического резонанса в цезии, полученные на макете квантового датчика вращения. Исследования оптических свойств ячейки осуществлялись на лабораторном стенде в нерезонансном свете. В качестве источника нерезонансного света использован лазер с вертикальным излучателем, аналогичный применяемым в квантовом датчике вращения, отстроенный от номинальной длины волны. На лабораторном стенде определена оптимальная отстройка частоты оптического излучения от резонанса цезия, позволяющая снизить зависимость результатов измерений от температуры ячейки. Осуществлен подбор оптимальных параметров лазерного излучения, при которых лазер работает в штатном режиме, и отсутствуют колебания его мощности и поляризации. Основные результаты. В результате исследований показано, что нежелательное перераспределение цезия по газовой ячейке приводит к изменению прозрачности оптических каналов, что вызывает ухудшение отношения сигнал–шум и снижение фактора качества резонансной линии. Также показано, что уширение цезиевого резонанса вследствие оседания паров цезия на стенках газовой ячейки незначительно и находится на уровне погрешности измерений. Практическая значимость. Предложен и апробирован метод контроля интенсивности нерезонансного света лазерного излучателя после прохождения ячейки, позволяющий оперативно контролировать состояние каналов оптической накачки и детектирования макета квантового датчика вращения.

1. Пешехонов В.Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. 2011. № 1. С. 3–16.
2. Fang J.C., Qin J. Advances in atomic gyroscopes: a view from inertial navigation applications // Sensors. 2012. V. 12. N 5. P. 6331–6346. doi: 10.3390/s120506331
3. Feng D.Review of quantum navigation // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2019. V. 237. P. 032027. doi: 10.1088/1755-1315/237/3/032027
4. Simpson J.H., Fraser J.T., Greenwood I.A. An optically pumped nuclear magnetic resonance gyroscope // IEEE Transactions on Aerospace. 1963. V. 1. N 2. P. 1107–1110. doi: 10.1109/ta.1963.4319483
5. Larsen M., Bulatowicz M. Nuclear magnetic resonance gyroscope: for DARPA's micro-technology for positioning, navigation and timing program // Proc. IEEE Int. Frequency Control Symposium, 2012. doi: 10.1109/fcs.2012.6243606
6. Вершовский А.К., Литманович Ю.А., Пазгалёв А.С., Пешехонов В.Г. Гироскопнаядерном магнитном резонансе: предельные характеристики // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. № 1. С. 55–80.doi: 10.17285/0869-7035.2018.26.1.055-080
7. Мейер Д., Ларсен М. Гироскоп на ядерном магнитном резонансе для инерциальной навигации // Гироскопия и навигация. 2014. № 1 (84). С. 3–13.
8. Умарходжаев Р.М., Павлов Ю.В., Васильев А.Н. История разработки гироскопа на основе ядерного магнитного резонанса в России в 1960–2000-е годы // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. № 1 (100). C. 3–27. doi: 10.17285/0869-7035.2018.26.1.003-027
9. Попов Е.Н., Баранцев К.А., Литвинов А.Н., Курапцев А.С., Воскобойников С.П., Устинов С.М., Ларионов Н.В., Лиокумович Л.Б., Ушаков Н.А., Шевченко А.Н. Частотная линия ядерного магнитного резонанса в квантовом датчике вращения: негативное влияние схемы детектирования // Гироскопия и навигация. 2016. Т. 24. № 4 (95). С. 3–13. doi: 10.17285/0869-7035.2016.24.4.003-013
10. Литманович Ю.А., Вершовский А.К., Пешехонов В.Г. Гироскоп на основе явления ядерного магнитного резонанса: прошлое, настоящее, будущее // Материалы пленарного заседания 7-й Российской мультиконференции по проблемам управления. Санкт-Петербург, 2014. С. 35–42.
11. Попов Е.Н., Баранцев К.А., Ушаков Н.А., Литвинов А.Н., Лиокумович Л.Б., Шевченко А.Н., Скляров Ф.В., Медведев А.В. Характер сигнала оптической схемы квантового датчика вращения на основе ядерного магнитного резонанса // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. № 1 (100). С. 93–106. doi: 10.17285/0869-7035.2018.26.1.093-106
12. Walker T.G., Larsen M.S. Spin-exchange-pumped NMR gyros//Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics. 2016. V. 65. P. 377–405.doi: 10.1016/bs.aamop.2016.04.002
13. Шевченко А.Н., Кузьмин А.Г., Титов Ю.А. Масс-спектрометрическое измерение состава газовых смесей в ячейках квантового датчика вращения // Научное приборостроение. 2018. Т. 28. № 2. С. 62–68.
14. Шевченко А.Н., Кислицина Е.А. Методика формирования требований к градиенту магнитного поля при определении метрологических характеристик ячеек ядерного магнитного гироскопа // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. Санкт-Петербург, 2018. С. 176–179.
15. Вершовский А.К., Пазгалев А.С. Оптимизация фактора качества магнитного M_х-резонанса в условиях оптической накачки // Журнал технической физики. 2008. Т. 78. № 5. С. 116–124.
16. Померанцев Н.М., Рыжков В.М., Скроцкий Г.В. Физические основы квантовой магнитометрии. М.: Наука, 1972. 448 c.
17. Малеев Н.А., Блохин С.А., Бобров М.В., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М. Устинов В.М. Источник лазерного излучения для компактного гироскопа на эффекте ЯМР // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. № 1. С. 81–92. doi: 10.17285/0869-7035.2018.26.1.081-092

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License