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冷原子陀螺仪是基于冷原子干涉仪而实现的。由于冷原子陀螺仪具有很大的潜在灵敏度,它在惯性导航技术领域可能有着广泛的应用前景。而且冷原子陀螺仪易于集成和小型化,已成为各国争相研究的热门课题。本论文以冷原子陀螺仪集成化和小型化为目的,开展了其电路系统的研制,取得的工作结果主要有以下几个方面:
1.研制了三种半导体激光器电路系统,包括外腔稳频半导体激光器、分布反馈式半导体激光器以及锥形放大激光器电路系统;设计并实现了一种新型的激光管保护电路,大大地提高了激光器的运行安全,为开展冷原子陀螺仪实验研究提供了稳定可靠的光源。
2.研制了一套激光器稳频电路系统。利用原子饱和吸收光谱信号,通过对激光器频率调制获得误差信号,把误差信号通过锁相放大后,再通过PID反馈给激光器电路或者PZT,调整激光器的频率。本套系统可将半导体激光线宽压窄到原来的10%。
3.研制了两种声光调制器驱动源,包括基于压控振荡器的声光调制器驱动源和基于直接数字频率综合器的声光调制器驱动源。提出了一种射频信号的快速开关方案并将其成功地应用于声光调制器驱动源中,对光的开关速度达到声光晶体的极限;研制的基于直接数字频率综合器的声光调制器驱动源实现对原子运动轨迹的精确控制。
4.研制了一套多功能的,低成本的光锁相电路系统。其相位探测电路是全数字电路,并且对拍频信号是预分频,所以本系统不需要微波源作为参考,就可以将主激光器和从激光器的频差锁定在数MHz到7GHz范围内的任意值。另外,本系统适用于包括冷原子陀螺仪在内的许多实验,是一个通用的工具。
5.将以上激光器、声光调制器及锁相控制电路成功地应用于冷原子陀螺仪实验中,实现了激光器的输出功率各频率的控制,为冷原子的制备、操纵、干涉实验提供了可靠的保证。