priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-1-56-66pribor-335Research ArticleПРИБОРЫ НАВИГАЦИИNAVIGATION DEVICESЗависимость характеристик квантового датчика вращения от изменения параметров оптических элементовDependence of a quantum rotation sensor characteristics on changes in parameters of the optical elementsЗавитаевА. С.ZavitaevA. S.

Александр Сергеевич Завитаев — аспирант; факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Alexnadr S. Zavitaev — Post-Graduate Student; Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

zav.al98@mail.ruЕвстифеевМ. И.EvstifeevM. I.

Михаил Илларионович Евстифеев — д-р техн. наук, доцент;  факультет систем управления и робототехники; профессор

Санкт-Петербург

Michail I. Evstifeev — Dr. Sci., Associate Professor; Faculty of Control Systems and Robotics; Professor

St. Petersburg

mievstifeev@itmo.ruУниверситет ИТМОITMO University2025100220256815666Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/335

Рассмотрено влияние смещений элементов оптической системы квантового датчика вращения на мощность излучения, сообщаемого ансамблю атомов рабочего вещества, расположенного в газовой ячейке. На основе полученных значений проанализированы изменения точностных характеристик квантового датчика вращения. Исследованы линейные и угловые смещения элементов оптической системы прибора. Выявлены параметры ячейки, позволяющие добиться нечувствительности точностных характеристик квантового датчика вращения к линейным смещениям элементов оптической системы на величину до 0,15 мм.

For a quantum sensor of rotation, the influence of displacements of the optical system elements on the radiation power imparted to the ensemble of atoms of the working substance located in the gas cell is considered. Based on obtained data, changes in the accuracy characteristics of the quantum rotation sensor are analyzed. Linear and angular displacements of the elements of the optical system of the device are investigated. Cell parameters are identified that allow achieving insensitivity of the accuracy characteristics of the quantum rotation sensor to linear displacements of the elements of the optical system by up to 0.15 mm.

квантовый датчик вращенияядерный магнитный резонансоптическая систематочностные параметрыquantum rotation sensornuclear magnetic resonanceoptical systemprecision parametersReferencesЛитманович Ю. А., Вершовский А. К., Пешехонов В. Г. Гироскоп на основе явления ядерного магнитного резонанса: прошлое, настоящее, будущее // Матер. пленарного заседания 7-й Российской мультиконф. по проблемам управления. СПб: Электроприбор, 2014. С. 35–42.Litmanovich Yu.A., Vershovsky A.K., Peshekhonov V.G. Materialy plenarnogo zasedaniya 7-y Rossiyskoy mul’tikonferentsii po problemam upravleniya (Proceedings of the Plenary Session of the 7th Russian Multi-conference on Management Problems), St. Petersburg, 2014, рр. 35–42. (in Russ.)Уокер Т. Дж., Ларсен М. С. ЯМР-гироскопы со спин-обменной накачкой // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26, № 1. С. 28–54.Walker T. G. and Larsen M. S. Gyroscopy and Navigation, 2018, no. 1(26), pp. 28–54. (in Russ.)Ranjbaran M., Tehranchi M. M., Hamidi S. M., Khalkhali S. M. H. Relaxation time dependencies of optically detected magnetic resonance harmonics in highly sensitive Mx magnetometers // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019. Vol. 469. P. 522–530. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.09.031.Ranjbaran M., Tehranchi M.M., Hamidi S.M., Khalkhali S.M.H. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2019, vol. 469, рр. 522–530, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.09.031.Larsen M., Bulatowicz M. Nuclear magnetic resonance gyroscope: for DARPA’s micro-technology for positioning, navigation and timing program // Proc. IEEE Intern. Frequency Control Symposium. 2012. DOI: 10.1109/fcs.2012.6243606.Larsen M., Bulatowicz M. Proc. IEEE Intern. Frequency Control Symposium, 2012, DOI: 10.1109/fcs.2012.6243606.Franz F. and Volk C. Spin relaxation of rubidium atoms in sudden and quasimolecular collisions with light-noble-gas atoms // Physical Review A. 1976. Vol. 5, N 14. Р. 1711.Franz F. and Volk C. Physical review A, 1976, no. 5(14), pp. 1711.Eklund E. J. Microgyroscope based on spin-polarized nuclei: PhD thesis. University of California, Irvine, 2008.Eklund E.J. Microgyroscope based on spin-polarized nuclei, PhD thesis, University of California, Irvine, 2008.Walker T. G. and Larsen M. S. Chapter eight-spin-exchange-pumped NMR gyros // Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics. 2016. Vol. 65. Р. 373–401.Walker T.G. and Larsen M.S. Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, 2016, no. 65, pp. 373–401.Pat. US 3 778 700. Optically pumped nuclear magnetic resonance gyroscope / D. Bayley, I. Greenwood, and J. Simpson. 11 Dec. 1973.Patent US 3,778,700, Optically pumped nuclear magnetic resonance gyroscope, D. Bayley, I. Greenwood, and J. Simpson, Dec. 11, 1973.Noor R. M. and Shkel A. M. MEMS Components for NMR Atomic Sensors // Journal of Microelectromechanical Systems. 2018. Vol. 27, N 6. P. 1148–1159. DOI: 10.1109/JMEMS.2018.2874451.Noor R.M. and Shkel A.M. Journal of Microelectromechanical Systems, 2018, no. 6(27), pp. 1148–1159, DOI: 10.1109/JMEMS.2018.2874451.Безмен Г. В., Шевченко А. Н., Костин П. Н., Берзейтис А. Н., Безмен В. С., Петров В. И. Система двухчастотной генерации в схеме датчика угловой скорости // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28, № 1. C. 19–30. DOI 10.17285/0869-7035.0020.Bezmen G.V., Shevchenko A.N., Kostin P.N., Berzeitis A.N., Bezmen V.S., Petrov V.I. Gyroscopy and Navigation, 2020, no. 2(11), pp. 115–123.Вершовский А. К., Литманович Ю. А., Пазгалев А. С., Пешехонов В. Г. Гироскоп на ядерном магнитном резонансе: предельные характеристики // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26, № 1. С. 55–80. DOI 10.17285/0869-7035.2018.26.1.055-080.Vershovskii A.K., Litmanovich Yu.A., Pazgalev A.S., Peshekhonov V.G. Gyroscopy and Navigation, 2018, no. 1(26), pp. 55–80, DOI 10.17285/0869-7035.2018.26.1.055-080.Sakamoto Y., Bidinosti C. P., Ichikawa Y. et al. Development of high-homogeneity magnetic field coil for 129Xe EDM experiment // Hyperfine Interact. 2015. Vol. 230. Р. 141–146. https://doi.org/10.1007/s10751-014-1109-5.Sakamoto Y., Bidinosti C.P., Ichikawa Y. et al. Hyperfine Interact, 2015, vol. 230, рр. 141–146, https://doi.org/10.1007/s10751-014-1109-5.Сирая Т. Н. Вариация Аллана как оценка погрешности измерения // Гироскопия и навигация. 2010. № 2. С. 29–36.Siraya Т.N. Gyroscopy and Navigation, 2010, no. 2, pp. 29–36. (in Russ.)Шевченко А. Н., Захарова Е. А. Исследование зависимости качества резонанса от распределения цезия в ячейке квантового датчика вращения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19, № 4. С. 567–573. DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-4-567-573.Shevchenko A.N., Zakharova Е.А. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2019, no. 4(19), pp. 567–573, DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-4-567-573. (in Russ.)Evstifeev M. I., Zavitaev A. S. Estimation of the nuclear magnetic gyroscope sensitivity to inertial influences // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2022, Vol. 1215, N 012014. P. 1–8.Evstifeev M.I., Zavitaev A.S. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2022, no. 012014(1215), pp. 1–8.Zavitaev A., Evstifeev M. Investigation of Instrumental Errors of the Nuclear Magnetic Resonance Gyroscope // 2023 International Conference on Ocean Studies (ICOS). 2023. P. 29–32.Zavitaev A., Evstifeev M. 2023 International Conference on Ocean Studies (ICOS), 2023, pp. 29–32.Cronin A. D., Schmiedmayer J., and Pritchard D. E. Optics and interferometry with atoms and molecules // Reviews of Modern Physics. 2009. Vol. 81, N 3. Р. 1051.Cronin A.D., Schmiedmayer J., and Pritchard D.E. Reviews of Modern Physics, 2009, no. 3(81), pp. 1051.Pat. US 7 292 031. Micro-cell for NMR gyroscope / H. C. Abbink, E. Kanegsberg, K. D. Marino, and C. H. Volk. 6 Nov. 2007.Patent US 7,292,031, Micro-cell for NMR gyroscope, H.C. Abbink, E. Kanegsberg, K.D. Marino, and C.H. Volk, Nov. 6, 2007.Eklund E. J. and Shkel A. M. Glass blowing on a wafer level // IEEE Journal of Microelectromechanical Systems. 2007. Vol. 16, N 2. Р. 232–239.Eklund E.J. and Shkel A.M. IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, 2007, no. 2(16), pp. 232–239.Eklund E. J., Shkel A. M., Knappe S., Donley E., and Kitching J. Spherical rubidium vapor cells fabricated by micro glass blowing // IEEE (MEMS’07). Conf. on Micro Electro Mechanical Systems. Kobe, Japan, 21–25 January 2007.Eklund E.J., Shkel A.M., Knappe S., Donley E., and Kitching J. IEEE (MEMS’07), Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Kobe, Japan, January 21–25, 2007.Kajiya J. T. The rendering equation // ACM SIGGRAPH computer graphics. 1986. Vol. 20. Р. 143–150.Kajiya J.T. ACM SIGGRAPH computer graphics, 1986, no. 20, pp. 143–150.

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