Характер сигнала оптической схемы квантового датчика вращения на основе ядерного магнитного резонанса

В работе рассмотрен общий принцип работы квантового датчика вращения на основе ядерного магнитного резонанса, приведено полуклассическое описание процессов в схеме датчика, позволяющее получить аналитическое представление сигнала на выходе оптической схемы. Кратко изложены принципы численного расчета оптического сигнала датчика вращения на основе одномерной квантовой модели. Сравнения расчетов по классической и более строгой квантовой моделям показало, что сигнал датчика имеет несколько более сложную структуру, чем это следует из классического описания, отражающего только часть свойств динамических процессов в схеме. Результаты важны для развития методов демодуляции оптического сигнала квантового датчика вращения и оценки ожидаемых характеристик практических устройств.

1. Larsen, M., Bulatowicz, M., Nuclear Magnetic Resonance Gyroscope: For DARPA's microtechnology for positioning, navigation and timing program, IEEE International Frequency Control Symposium Proceedings, 2012. DOI: 10.1109/FCS.2012.6243606.

2. Woodman, O.J., An introduction to inertial navigation: Technical Report no. 696, University of Cambridge Computer Laboratory, 2007. URL: https://www.cl.cam.ac.uk/techreports/UCAM-CLTR-696.pdf.

3. Jekeli, C., Inertial Navigation Systems with Geodetic Applications, Walter de Gruyter, 2001.

4. Fang, J. and Qin J., Advances in Atomic Gyroscopes: A View from Inertial Navigation Applications, Sensors (Basel), 2012, no. 12 (5), pp. 6331–6346. DOI: 10.3390/s120506331.

5. Lefèvre, H.C., The fiber-optic gyroscope: Challenges to become the ultimate rotation-sensing technology, Optical Fiber Technology, 2013, vol. 19, issue 6, part B, pp. 828–832. DOI:10.1016/j.yofte.2013.08.007.

6. Rabi, I.I., Zacharias, J.R., Millman, S., Kusch, P., A New Method of Measuring Nuclear Magnetic Moment, Physical Review, 1938, vol. 53, no. 4, pp. 318–327.

7. Померанцев Н.М. Явление спиновых эхо и его применение // УФН. 1958. № 1. С. 87–110.

8. Waters, G.S. and Francis, P.D., A nuclear magnetometer, Journal of Scientific Instruments, 1958, vol. 35, no. 3, pp. 88–93.

9. Габуда С.П., Плетнев Р.Н., Федотов М.А. Ядерный магнитный резонанс в неорганической химии. М: Наука, 1988. 214 с.

10. Lauterbur, P.C., Image Formation by Induced Local Interactions: Examples Employing Nuclear Magnetic Resonance, Nature, 1973, vol. 242, pp. 190–191. DOI: 10.1038/242190a0.

11. Малеев П.И. Новые типы гироскопов. Л.,1971.

12. Simpson, J.H., Fraser, J.T., and Greenwood, I.A., An Optically Pumped Nuclear Magnetic Resonance Gyroscope, IEEE Trans. Aerosp. Support, 1963, vol. 1, pp. 1107–1110.

13. Fang, J.C. and Qin, J., Advances in Atomic Gyroscopes: A View from Inertial Navigation Applications, Sensors, 2012, vol. 12, pp. 6331–6346.

14. Donley, E.A., Nuclear Magnetic Resonance Gyroscopes, IEEE SENSORS 2010 Conference, 2010, pp. 17–22.

15. 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: СПб, 2014. С. 35–42.

16. Мейер Д., Ларсен М. Гироскоп на ядерном магнитном резонансе для инерциальной навигации // Гироскопия и навигация. 2014. № 1 (84). С. 3–13.

17. Walker, T.G., Larsen, M.S., Spin-Exchange-Pumped NMR Gyros, Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, 2016, vol. 65, pp. 373–401.

18. Kuraptsev, A.S. and Sokolov, I.M., Spontaneous decay of an atom excited in a dense and disordered atomic ensemble: Quantum microscopic approach, Phys. Rev. A, 2014, vol. 90, issue 1.

19. Соколов И.М. Влияние сверхтонкой структуры атомных состояний на коллективные эффекты в квазимолекуле Rb2 // ЖЭТФ. 2017. Т. 152. Вып. 4 (10). С. 650–665.

20. Блум К. Теория матрицы плотности и ее приложения. М.: Мир, 1983. 248 с.

21. Абрагам А. Ядерный магнетизм. М.: Изд. иностр. литературы, 1963.

22. Popov, E.N., Barantsev, K.A., Litvinov, A.N., Control of the Nuclear Spin of the 129Xe and

23. Xe Isotopes in the Spin-Exchange Interaction with 87Rb Atoms, Physics of Wave Phenomena, 2016, vol. 24, no. 3, pp. 203–213.

24. Dong, H., Fang, J., Qin, J., Chen, Y., Analysis of the electrons-nuclei coupled atomic gyroscope, Optics Communications, 2011, vol. 284, issue 12, pp. 2886–2889.

25. Fang, J., Wan, S., Yuan, H., Dynamics of an all-optical atomic spin gyroscope, Applied Optics, 2013, vol. 52 (30), pp. 7220–7227. DOI: 10.1364/AO.52.007220