四极核旋转边带三轴NMR陀螺仪精密测量惯性转动的研究

It is hard to achieve high precision gyroscopes and suppression of noises in miniature physical systems. In order to meet performance expectations for high precision, miniature size, low power and low cost in inertial navigation, we should first experimentally investigate collision frequency shifts between quadrupole nuclei and inner walls of cells, and relaxation mechanisms. Second, we are to study collision frequency shifts between quadrupole nuclei and alkali-metal atoms, and methods for common-mode suppression of collision frequency shifts. Third, we are to study and to experimentally realize new multiaxis micro-nuclear magnetic resonance gyroscopes with high precision based on spinning sidebands from many species of common-mode nuclear-quadrupole resonance spectra. Finally, we are to develop new multiaxis micro-nuclear magnetic resonance gyroscopes with the navigation grade, and to measure inertial rotation. Therefore, these research results will be important for developing new multiaxis micro-nuclear magnetic resonance gyroscopes with high precision.

在微型物理系统中获得高精度以及噪声的抑制是很困难的。针对惯性导航对高精度、小体积、低成本和低功耗陀螺仪的迫切需求，实验研究四极核与泡的内壁相互作用引起碰撞频移和弛豫机制；研究四极核与碱金属原子的碰撞频移和共模抑制方法；实验研究开展基于多组分共模四极核共振谱的旋转边带高精度微型多轴核磁共振陀螺仪原理和实现的研究；发展新型导航级微型多轴核磁共振陀螺仪测量惯性转动。本项目的研究对于发展高精度微型多轴核磁共振陀螺仪具有重要的意义。

在微型物理系统中获得高精度以及噪声的抑制是很困难的。本项目的目标是为了满足惯性导航对高精度、小体积、低成本和低功耗陀螺仪的迫切需求，发展新型导航级微型多轴核磁共振陀螺仪。在实验方法和理论研究两个方面取得的主要进展包括: 搭建了小型核磁共振（NMR）陀螺仪的实验装置，开展了Cs—129Xe+131Xe光泵自旋交换技术实验研究，测量了Cs在天然氙和氮气中的电子自旋极化的纵向弛豫时间（接近1ms）。使用充有同位素富集129Xe气体，N2缓冲气体和87Rb未涂壁的球形（R=15mm）样品泡，在90-180C温度范围内，实验研究了电子自旋共振线宽和温度的依赖关系。实验研究了SERF工作区，测量了电子自旋共振等效线宽（24-74 Hz）。实验和理论上详细研究了87Rb原子在低磁场下（0—98高斯），无缓冲气体和有低气压缓冲气体和室温下，磁场方向和光的传播方向成任意角度，对于87Rb 的D2线和在拉姆达原子能级构型下， EIT形成的条件和EIT的光谱线型。研究了EIT共振线的频移随所应用的磁场强度大小的关系。同时还研究了探测光和耦合光的失谐量对光谱线的影响。理论上初步分析了影响NMR陀螺仪性能指标的误差来源。重点分析了核电四极相互作用对NMR陀螺仪性能指标——零偏稳定性的影响。本项目的研究对于发展高精度微型多轴核磁共振陀螺仪具有重要的意义。