gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2016.24.4.003-013gyroscopy-370Research ArticleСтатьиЧастотная линия ядерного магнитного резонанса в квантовом датчике вращения: негативное влияние схемы детектированияFrequency Line of Nuclear Magnetic Resonance in Quantum Rotation Sensor: Negative Effect of Detection CircuitПоповЕ. Н.PopovE. N.

Попов Евгений Николаевич, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель. 

БаранцевК. А.BarantsevK. A.

Баранцев Константин Анатольевич, аспирант, ассистент. 

ЛитвиновА. Н.LitvinovA. N.

Литвинов Андрей Николаевич, кандидат физико-математических наук, доцент. 

КурапцевА. С.KuraptsevA. S.

Курапцев Алексей Сергеевич, аспирант, ассистент. 

ВоскобойниковС. П.VoskoboinikovS. P.

Воскобойников Сергей Петрович, кандидат физико-математических наук, доцент. 

УстиновС. М.UstinovS. M.

Устинов Сергей Михайлович, доктор технических наук, профессор. 

ЛарионовН. В.LarionovN. V.

Ларионов Николай Владимирович, кандидат физико-математических наук, доцент.

ЛиокумовичЛ. Б.LiokumovichL. B.

Лиокумович Леонид Борисович, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой.

УшаковН. А.UshakovN. A.

Ушаков Николай Владимирович, кандидат физико-математических наук, доцент. 

ШевченкоА. Н.ShevchenkoA. N.

Шевченко Александр Николаевич, заместитель начальника лаборатории.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого.РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (С.-Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, St. PetersburgRussian Federation201603122025244313Copyright © 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., 20252025Попов 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.Popov E.N., Barantsev K.A., Litvinov A.N., Kuraptsev A.S., Voskoboinikov S.P., Ustinov S.M., Larionov N.V., Liokumovich L.B., Ushakov N.A., Shevchenko A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/370

Рассматривается искажение контура линии ядерного магнитного резонанса благородного газа в квантовом датчике вращения, которое вызвано обратной связью в ячейке при детектировании ядерной намагниченности. Схема детектирования основана на эффекте Фарадея при продольном электронном парамагнитном резонансе в парах щелочного металла.

We consider the distortion of nuclear magnetic resonance line in a quantum rotation sensor caused by the feedback in the cell during the detection of nuclear magnetization. Detection circuit is based on Faraday effect during longitudinal electronic paramagnetic resonance in alkali metal vapor.

Ядерный магнитный резонансдетектированиеядерная намагниченностьспин.Nuclear magnetic resonancedetectionnuclear magnetizationspin polarization.ReferencesRabi I.I., Zacharias J.R., Millman S., Kusch P. A New Method of Measuring Nuclear Magnetic Moment // Physical Review. 1938. V.53. No.4. P.318–327.Rabi I.I., Zacharias J.R., Millman S., and Kusch P. A new method of measuring nuclear magnetic moment // Physical Review. 1938. Vol. 53. No. 4. P. 318–327.Hunt E.R. and Carr H.Y. Nuclear Magnetic Resonance of 129Xe in Natural Xenon // Physical Review. 1963. V.130. No.6. P.2305–2305.Hunt E.R. and Carr H.Y. Nuclear magnetic resonance of 129Xe in natural xenon // Physical Review. 1963. Vol. 130. No. 6. P. 2305–2305.Goodson B.M. Nuclear Magnetic Resonance of Laser-Polarized Noble Gases in Molecules // Materials, and Organisms // Journal of Magnetic Resonance. 2002. V.155. No.2. P.157–216.Goodson B.M. Nuclear magnetic resonance of laser-polarized noble gases in molecules, materials, and organisms // Journal of Magnetic Resonance. 2002. Vol. 155. No. 2. P. 157–216.McKinstry C.S. Nuclear magnetic resonance imaging in medicine // Ulster Med J. 1986. V.55. No.2. P. 97–111.McKinstry C.S. Nuclear magnetic resonance imaging in medicine // Ulster Med J. 1986. Vol. 55. No. 2. P. 97–111.Умарходжаев Р.М., Коткин А.Л. Динамические характеристики спиновых генераторов // Радиотехника и электроника. 1974. Т.19. №17.Umarkhodzhaev R.M. and Kotkin A.L. Dynamic characteristics of spin oscillators // Radiotekhnika i elektronika. 1974. Vol. 19. No. 17.Григорьян А.Т., Развитие механики гироскопических и инерциальных систем. М.: Наука, 1973. 455 с.Grigor’yan A.T., Razvitie mekhaniki giroskopicheskikh i inertsial’nykh sistem (Development of Mechanics of Gyroscopic and Inertial Systems). Moscow: Nauka, 1973.Waters G.S. and Francis P.D. A nuclear magnetometer // Journal of Scientific Instruments. 1958. V.35. No.3. P. 88–93.Waters G.S. and Francis P.D. A nuclear magnetometer // Journal of Scientific Instruments. 1958. Vol. 35. No. 3. P. 88–93.Hahn E.L. Spin Echoes // Physical Review. 1950. V.80. No.4. P. 580–594.Hahn E.L. Spin echoes // Physical Review. 1950. Vol. 80. No. 4. P. 580–594.Dong H., Fang J., Qin J., Chen Y. Analysis of the electrons-nuclei coupled atomic gyroscope // Optics Communications. 2011. 284. P. 2886–2889.Dong H., Fang J., Qin J., and Chen Y. Analysis of the electrons-nuclei coupled atomic gyroscope // Optics Communications. 2011. No. 284. P. 2886–2889.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 ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». Санкт-Петербург, 2014. С. 35–42.Litmanovich Yu.A., Vershovskii A.K., and Peshekhonov V.G. Nuclear magnetic resonance gyro: Past, present, and future // 7-ya Rossiiskaya multikonferentsiya po problemam upravleniya (7th Russian Multiconference on Control Problems, Proceedings of the Plenary Session). St. Petersburg: Concern CSRI Elektropribor, JSC, 2014. P. 35–42.Donley E.A. Nuclear Magnetic Resonance Gyroscopes // Materials of conference “Sensors” in Kona. HI. 1-4 November 2010. IEEE. P. 17–22.Donley E.A. Nuclear magnetic resonance gyroscopes // Materials of conference “Sensors” in Kona, HI. 1-4 November 2010. IEEE. P. 17–22.Kornack T.W., Ghosh R.K. and Romalis M.V. Nuclear Spin Gyroscope Based on an Atomic Comagnetometer // Phys.Rev.Lett. 2005. V.95. P. 230801.Kornack T.W., Ghosh R.K. and Romalis M.V. Nuclear spin gyroscope based on an atomic comagnetometer // Phys.Rev.Lett. 2005. Vol. 95. P. 230801.Mirijanian J.J. Techniques to characterize vapor cell performance for a nuclear-magneticresonance gyroscope // Thesis pr. to the Faculty of California Polytechnic State University. May 2012. P. 153.Mirijanian J.J. Techniques to characterize vapor cell performance for a nuclear-magneticresonance gyroscope // Thesis pr. to the Faculty of California Polytechnic State University. May 2012. P. 153.Simpson J.H., Fraser J.T. and Greenwood I.A. An Optically Pumped Nuclear Magnetic Resonance Gyroscope // IEEE Trans. Aerosp. Support. 1963. V.1. P.1107–1110.Simpson J.H., Fraser J.T. and Greenwood I.A. An optically pumped nuclear magnetic resonance gyroscope // IEEE Trans. Aerosp. Support. 1963. Vol. 1. P. 1107–1110.Bouchiat M.A., Brossel J. and Pottier L. Interpretation of experimental results on the relaxation of optically pumped Rb in collisions with Kr atoms // Physical Review Letters. 1967. V.19. No.15. P. 817–819.Bouchiat M.A., Brossel J. and Pottier L. Interpretation of experimental results on the relaxation of optically pumped Rb in collisions with Kr atoms // Physical Review Letters. 1967. Vol. 19. No. 15. P. 817–819.Happer W. Optical Pumping // Reviews of modern physics. 1972. V.44. No.2. P. 170–249.Happer W. Optical pumping // Reviews of modern physics. 1972. Vol. 44. No. 2. P. 170–249.Happer W., Miron E., Schaefer S., Schreiber D., Van Wijngaarden W. A. and Zeng X. Polarization of the nuclear spins of noble-gas atoms by spin exchange with optically pumped alkali-metal atoms // Physical Review A. 1984. V.29. No.6. P. 3092–3110.Happer W., Miron E., Schaefer S., Schreiber D., Van Wijngaarden W. A., and Zeng X. Polarization of the nuclear spins of noble-gas atoms by spin exchange with optically pumped alkalimetal atoms // Physical Review A. 1984. Vol. 29. No. 6. P. 3092–3110.Benumof R. Optical Pumping Theory and Experiments // American Journal of Physics. 1965. V. 33. P. 151–160.Benumof R. Optical pumping theory and experiments // American Journal of Physics. 1965. Vol. 33. P. 151–160.Nagel M., Haworth F.E. Advanced laboratory experiments on optical pumping of Rubidium atoms. Part I: Magnetic resonance // American Journal of Physics. 1966. Vol. 34. No. 7. P. 553–558.Nagel M. and Haworth F.E. Advanced laboratory experiments on optical pumping of Rubidium atoms. Part I: Magnetic resonance, American Journal of Physics. 1966. Vol. 34. No. 7. P. 553–558.Born M., Wolf E. «Principles of Optics». - Elmsford N Y., 1970, 4th ed.Born M. and Wolf E. Principles of Optics. Elmsford N Y., 1970. 4th ed.Walker T.G. and Happer W. Spin-exchange optical pumping of noble-gas nuclei // Reviews of modern physics. 1997. V.69. No.2. P.629–642.Walker T.G. and Happer W. Spin-exchange optical pumping of noble-gas nuclei // Reviews of modern physics. 1997. Vol. 69. No. 2. P. 629–642.Appelt S., Ben-Amar Baranga A., Erickson C.J., Romalis M.V., Young A.R., and Happer W., Theory of spin-exchange optical pumping of 3He and 129Xe” // Physical Review A. 1998. Vol. 58. No. 2. P. 1412–1439.Appelt S., Ben-Amar Baranga A., Erickson C.J., Romalis M.V., Young A.R., and Happer W. Theory of spin-exchange optical pumping of 3He and 129Xe” // Physical Review A. 1998. Vol. 58. No. 2. P. 1412–1439.Jau Yu., Kuzma N.N. and Happer W. Measurement of 129Xe-Cs binary spin-exchange rate coefficient // Physical Review A. 2004. V.69. No. 6. P.061401/4.Jau Y.-Y., Kuzma N.N., and Happer W. Measurement of 129Xe-Cs binary spin-exchange rate coefficient // Physical Review A. 2004. Vol. 69. No. 6. P. 061401/4.Walker T.G. Fundamentals of Spin-Exchange Optical Pumping // Journal of Physics: Conference Series. 2011. V. 294. No.1.Walker T.G. Fundamentals of spin-exchange optical pumping // Journal of Physics: Conference Series. 2011. Vol. 294. No. 1.Fang J.C. and Qin J. Advances in Atomic Gyroscopes: A View from Inertial Navigation Applications // Sensors. 2012. V. 12. P.6331–6346.Fang J.C. and Qin J. Advances in atomic gyroscopes: A view from inertial navigation applications // Sensors. 2012. Vol. 12. P. 6331–6346.Вершовский А.К., Пазгалев А.С. Квантовые Mx–магнитометры с оптической накачкой: цифровые способы измерения частоты Mx-резонанса в быстро меняющемся поле // Журнал технической физики. 2006. Т. 76. Вып. 7. С.108–112.Vershovskii A.K. and Pazgalev A.S. Quantum Mx-magnetometers with optical pumping: digital methods of measuring the frequency of Mx-resonance in a quickly varying field // Zhurnal teoreticheskoi fiziki. 2006. Vol. 76. No. 7. P. 108–112.Larsen M. Nuclear Magnetic Resonance Gyroscope: For DARPA's micro-technology for positioning, navigation and timing program // Materials of conference “Frequency control symposium (FCS)” in Baltimore, MD. 21-24 May 2012. IEEE. P. 1–5.Larsen M. Nuclear magnetic resonance gyroscope: For DARPA's micro-technology for positioning, navigation and timing program // Materials of conference “Frequency control symposium (FCS)” in Baltimore, MD. 21-24 May 2012. IEEE. P. 1–5.Мейер Д., Ларсен М. Гироскоп на ядерном магнитном резонансе для инерциальной навигации // Гироскопия и навигация. 2014. N1 (84). С. 3–13.Meyer D. and Larsen M. Nuclear magnetic resonance gyro for inertial navigation // Gyroscopy and Navigation. 2014. No. 2. P. 75–82.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.