零闭锁激光陀螺磁不敏感点与放电电流关系的实验研究

零闭锁激光陀螺(ZLG)增益曲线不对称导致左、右旋陀螺的比例因子修正系数不相等,使得当陀螺稳频工作点与磁不敏感点存在频率差时,陀螺零偏对外界磁场变化敏感,降低了陀螺的精度并限制了使用环境。利用兰姆半经典理论分析计算了比例因子修正系数与增损比的关系,并得到了陀螺的磁不敏感点与放电电流的关系,从信号处理系统中排除放电电流变化对控制信号的影响,并进行了实验验证。理论计算和实验结果均表明,线性地改变陀螺放电电流,陀螺磁不敏感点位置会因增益曲线的增损比变化而发生相应线性改变,进而能够通过控制放电电流降低陀螺的磁灵敏度。     

四频差动激光陀螺的磁敏感性与最佳工作点

为了减小四频差动激光陀螺(DILAG)的磁敏感性,研究了工作点对磁敏感性的影响.根据理论分析,磁敏感性主要来自于左、右旋陀螺相对比例因子修正的不对称,它与工作点有关,在最佳工作点下为零.通过在DILAG增益管上缠绕线圈产生轴向磁场,调节附着于腔平移镜上的压电换能器的驱动电压改变工作点,得到磁灵敏度随工作点的变化规律.结果表明,DILAG在最佳工作点下对外界磁场不敏感,且在每个工作区存在唯一的最佳工作点.DILAG工作在最佳工作点可以使外界干扰在差动中消除,因而有利于提高其性能.为了保证DILAG工作在最佳工作点,必须改变传统的光强差稳频方式.     

激光陀螺本征模偏振态与磁敏感特性的理论研究

环境磁场的干扰是影响激光陀螺精度的重要因素之一. 为了减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性, 推导了环形腔的琼斯矩阵, 其中考虑了非共面角、增益介质、腔损耗、腔镜反射各向异性和应力双折射, 采用矩阵本征问题求解的摄动理论分析了环形腔的偏振态和磁敏感特性. 研究表明, 为了减小激光陀螺的磁敏感性, 应减小非共面角和腔损耗, 增大腔镜的反射各向异性. 腔镜应力双折射究竟会增大还是减小磁敏感性与应力作用主轴、受应力腔镜的位置有关, 此外它还会引起顺时针和逆时针模式之间的偏振非互易性. 磁敏感性与腔失谐近似成线性关系, 导致激光陀螺工作于增益峰值时磁敏感性并非最小. 这些结果对减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性具有较好的指导意义. 关键词： 激光陀螺 磁敏感性 椭圆度 琼斯矩阵     

塞曼激光陀螺磁屏蔽设计与实现

为提高塞曼激光陀螺精度,分析了塞曼激光陀螺磁的磁敏感特性,指出敏感轴方向是塞曼激光陀螺的最大磁灵敏度方向,该方向为产生磁误差的主要方向。研究了低频磁场屏蔽理论与加工工艺关键技术,结合激光陀螺的环境适应性要求,实现了固态激光陀螺磁屏蔽结构。在三轴磁试验台上进行了陀螺磁敏感性测试,陀螺磁灵敏度值减少到原来的1/1000,实测系数达到2.0(°)/(h.mT),该值满足中等精度激光陀螺的实用要求。     

异面腔四频差动激光陀螺的色散平衡

为了减小异面腔四频差动激光陀螺(DLG)腔长变动导致的零漂,对DLG的色散平衡进行了研究.利用气体激光的经典理论,推导了DLG零偏与工作点和轴向磁场的函数关系,给出了色散平衡的理论证明.利用在DLG增益管上缠绕通电线圈,给增益介质施加大小可控的轴向磁场,通过驱动腔平移镜上的压电换能器调节腔长来改变工作点,做出了零偏随腔长和线圈电流的变化曲线.结果表明,零偏对腔长变化的灵敏度是轴向磁场的函数,当增益曲线的塞曼分裂量等于非互易分裂量时零偏对腔长变动不敏感.色散平衡技术减小了腔变动对DLG的影响,有利于提高DLG精度.     

平面谐振腔参数对腔内模式椭圆率影响的机理研究

腔内模式椭圆偏振态和磁场是激光陀螺产生磁致误差的两个必要条件,减小腔内模式椭圆率是降低激光陀螺磁灵敏度的重要途径。基于琼斯矩阵的谐振腔理论,提出了建立自洽方程的位置原则;提出了自洽方程求解中起振模式的选取方法;形成了准确、完善的腔内模式椭圆率计算公式。采用数值分析法,分析了平面腔激光陀螺反射镜参数及光路非共面误差对腔内本征模式偏振态的影响机理;提出了两种通过配置反射镜反射相移减小腔内模式椭圆率的新方法。     

激光陀螺磁灵敏度特性研究

分析、计算了激光陀螺的磁灵敏度特性，并进行了磁灵敏度试验.试验结果及分析表明：在腔体加工准确度不变的情况下，采用合理的设计可以大大降低激光陀螺在某些方向上的磁灵敏度，同时磁试验结果对于设计激光陀螺的磁屏蔽结构具有一定的实用价值.     

爆轰驱动固体套筒压缩磁场计算及准等熵过程分析

采用构形磁流体力学计算程序SSS/MHD对炸药爆轰驱动固体套筒压缩磁场实验进行了一维磁流体力学模拟计算, 得到空腔磁场以及样品管内壁速度随时间的变化历程, 分别与磁探针和激光干涉测量的实验结果符合. 由分幅照相结果阐述了套筒压缩空腔磁场过程中的屈曲失稳和Bell-Plesset不稳定性现象. 分析了样品管和套筒中的磁扩散、涡流和磁压力的变化规律. 结果表明, 由于聚心运动下样品管和套筒的运动速度不同、电磁力和内爆作用力平衡等原因, 样品管内靠近磁腔处的磁场、涡流和磁压力均高于套筒内距磁腔相同位置处的结果. 讨论了样品管内距磁腔0.05 mm处的熵增随该点压缩度的变化, 最大熵增与样品管材料定容比热的比值在10%左右, 爆炸磁压缩实验过程的等熵程度较高.     

激光陀螺中的光学抖动及其对锁区的影响分析

为了提高激光陀螺的性能,提出利用光学抖动改善陀螺锁区的方法.研究了环形光路中背向散射对锁区的影响,理想状态下可以消除陀螺的零阶锁区.在微扰条件下对光学抖动下陀螺腔内的光路变化进行了分析计算,得到了使陀螺锁区达到最佳改善的理论光学抖动量并进行了实验研究.实验结果表明:光学抖动可以起到类似机械抖动加噪的效果,改善陀螺的零偏稳定性.     

磁场对四频差动激光陀螺光强和零偏的影响

研究了四频差动激光陀螺输出光强和零偏随纵向磁场的变化规律。理论分析表明,当由纵向磁场引起的增益/色散曲线的塞曼分裂等于非互易分裂时,顺时针模式和逆时针模式的光强相等,零偏不随腔长的变化而变化,实验结果与理论分析基本一致。同时还发现顺时针和逆时针模式的光强随磁场线性变化,但变化量较小且易受温度的影响,不适合作为磁场大小的度量。由于沿谐振腔环路的增益和损耗并非处处相同,顺时针和逆时针光束入射到光电管上的量不相等,因此需要对顺时针和逆时针输出光强的放大倍数进行标定,以便进行色散平衡的控制。     

非阿贝尔腔量子电动力学模型下偏振光场的影响

通过使用场正交算符,而不是传统的玻色算符,研究了非阿贝尔腔量子电动力学(QED)模型中原子和偏振光场的相互作用。讨论了初始双模偏振光场对于原子布居数反转以及偏振光场的压缩特性的影响。结果表明,原子布居数反转的演化不仅与偏振椭圆的相位角有关,也与偏振椭圆的椭率角有关;只有当偏振椭圆是右旋圆偏振光时,原子布居数反转随时间的演化基本不变,趋近于初始值0,而当偏振椭圆是左旋圆偏振光时,原子布居数反转随时间的演化呈现周期性的崩塌复苏变化。另外,当初始光场是左旋圆偏振光时,光场可以出现周期性的压缩;而当初始光场是右旋圆偏振光时,光场的压缩不会持续出现。     

提高激光抽运铯原子磁力仪灵敏度的研究

本文报道了一种基于激光抽运射频共振的铯原子磁力仪. 通过圆偏振光将铯原子抽运到暗态, 实现偏极化. 外磁场存在时, 原子磁矩将以拉莫尔频率绕外磁场进动. 在共振射频磁场的作用下, 原子被去极化而重新吸收光子. 通过探测出射光光谱可以测得拉莫尔频率进而得到外磁场的信息. 本文通过运用自制的894 nm 外腔半导体激光器, 建立了激光稳频装置和低噪声磁场测量环境, 实现了一种基于铯原子激光抽运射频共振的磁力仪. 通过磁力仪参数优化以及闭环测量, 磁力仪测量的外磁场达到了19 fT/Hz^1/2的极限灵敏度和1.8 pT/Hz^1/2的本征灵敏度, 空间分辨率小于2 cm. 关键词： 光抽运 塞曼效应 光探测磁共振 磁力仪     

Roles of Atomic Injection Rate and External Magnetic Field on Optical Properties of Elliptical Polarized Probe Light

In this paper we investigate the optical properties of an open four-level tripod atomic system driven by an elliptically polarized probe field in the presence of the external magnetic field and compare its properties with the corresponding closed system.Our result reveals that absorption,dispersion and group velocity of probe field can be manipulated by adjusting the phase difference between the two circularly polarized components of a single coherent field,magnetic field and cavity parameters i.e.the atomic exit rate from cavity and atomic injection rates.We show that the system can exhibit multiple electromagnetically induced transparency windows in the presence of the external magnetic field.The numerical result shows that the probe field in the open system can be amplified by appropriate choice of cavity parameters,while in the closed system with introduce appropriate phase difference between fields the probe field can be enhanced.Also it is shown that the group velocity of light pulse can be controlled by external magnetic field,relative phase of applied fields and cavity parameters.By changing the parameters the group velocity of light pulse changes from subluminal to superluminal light propagation and vice versa.     

All-optical magnetic recording with circularly polarized light

We experimentally demonstrate that the magnetization can be reversed in a reproducible manner by a single 40 femtosecond circularly polarized laser pulse, without any applied magnetic field. This optically induced ultrafast magnetization reversal previously believed impossible is the combined result of femtosecond laser heating of the magnetic system to just below the Curie point and circularly polarized light simultaneously acting as a magnetic field. The direction of this opto-magnetic switching is determined only by the helicity of light. This finding reveals an ultrafast and efficient pathway for writing magnetic bits at record-breaking speeds.     

利用原子的塞曼光谱对半导体激光器进行稳频

中性原子的超精细能级在磁场中产生塞曼分裂 ,另外 ,左旋和右旋圆偏振光激发下原子的跃迁选择定则不同 ,因此 ,原子在超精细塞曼能级间的吸收谱峰相对无磁场条件下的吸收谱峰有一定的移动。利用这一点 ,验证了一种简单、灵活的方法对半导体激光器进行稳频 ,使激光器的线宽稳到小于 1MHz。通过对实验结果的分析 ,发现由左旋和右旋圆偏振光激发引起的原子吸收谱峰移动之和与饱和吸收峰半高宽相等时 ,稳频效果最好     

Equilibrium circular photogalvanic effect in a hybrid superconductor-semiconductor system

A dc electric current can be induced in a hybrid semiconductor-superconductor system under illumination of it by a circularly polarized light with the frequency below the energy of semiconductor interband transitions. In conditions when the light beam is unable to create real electron-hole excitations, this phenomenon is reminiscent of the Meissner effect in the static magnetic field. Such an effect can be employed in systems combining cavity photons and superconducting quantum circuits.     

Goos–H?nchen-like shift related to spin and valley polarization in ferromagnetic silicene

We study the Goos–H?nchen-like shift of single silicene barrier under the external perpendicular electric field, offresonant circularly polarized light and the exchange field modulation using the stationary-phase method. The results show that the Goos–H?nchen-like shift of silicene resulting from the external perpendicular electric field does not have the characteristics of spin or valley polarization, while that from off-resonant circularly polarized light or the exchange field is spin-polarized. More importantly, the combined effect of the external perpendicular electric field and the exchange field or off-resonant circularly polarized light can cause the Goos–H?nchen-like shift of the system to be spin and valley polarized.It is particularly worth noting that when the three modulations are considered at the same time, as the exchange field changes, the system will have a positive or negative Goos–H?nchen-like shift.     

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在理想条件下,为了研究等离子体参数、填充率、入射角度和介质层相对介电常数对一维三元磁化等离子体光子晶体的禁带特性的影响,用由传输矩阵法计算得到的TE波任意角度入射时的左旋极化波(LCP)和右旋极化波(RCP)的透射系数来研究其禁带特性。结果表明,仅增加等离子体碰撞频率不能实现禁带宽度的拓展,改变等离子体频率、填充率和介质层的相对介电常数能实现对禁带宽度和数目的调谐。改变等离子体回旋频率能实现对右旋极化波的禁带的调谐,但对左旋极化波的禁带几乎无影响。入射角度的增大使得禁带低频区域带宽变大,而高频区域带宽则是将先减小再增大。     

金属中逆法拉第效应的经典理论

研究电子在圆偏振光驱动下的经典动力学问题以及金属中逆法拉第效应(IFE)的经典微观机制.得到电子在圆偏振光驱动下的一个解,表明其运动轨道是螺旋线.忽略电子与磁场的相互作用,电子作绕平行于其初速度的轴、横截面为椭圆的螺旋线运动,产生了一个平行于其初速度、方向由圆偏振光的手征性决定的磁矩.磁矩的统计结果与Hertel从电子气整体出发得到的结果一致.