priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2026-69-3-253-261pribor-489Research ArticleПРИБОРЫ НАВИГАЦИИNAVIGATION DEVICESМетод определения коэффициента модуляции магнитометрической системы квантового датчика вращенияMethod for Determining the Modulation Coefficient of the Magnetometric System of a Quantum Rotation SensorШевченкоА. Н.ShevchenkoA. N.

Александр Николаевич Шевченко — лаборатория; заместитель начальника лаборатории 

Санкт-Петербург

Alexander N. Shevchenko —Laboratory; Deputy Head of the Laboratory 

St. Petersburg

gbezmen@eprib.ruЧалковВ. В.ChalkovV. V.

Виктор Викторович Чалков —лаборатория; инженер 

Санкт-Петербург

Viktor V. Chalkov — Concern CSRI Elektropribor, Laboratory; Engineer 

St. Petersburg

rztbro@gmail.comКонцерн «ЦНИИ „Электроприбор“»Concern CSRI Elektropribor202608042026693253261Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/489

Рассматривается задача выбора коэффициента модуляции для магнитометрической системы квантового датчика вращения (КДВ) в целях повышения отношения сигнал/шум при проведении измерений. Представлены экспериментальные результаты, демонстрирующие возможность оценки качества резонанса в ячейке КДВ двумя различными способами: классическим лабораторным методом, основанным на варьировании коэффициента модуляции и анализе амплитуды выходного сигнала, и предлагаемым методом, основанным на оценке параметров магнитометрического сигнала. Также проведено сравнение времени, затрачиваемого на реализацию каждого из методов. На основе этих исследований сформирован подход к выбору значения коэффициента модуляции, учитывающий текущее качество резонанса в системе.

The problem of choosing the modulation coefficient for the magnetometric system of a quantum rotation sensor in order to increase the signal-to-noise ratio during measurements is considered. Experimental results are presented that demonstrate the possibility of evaluating the quality of resonance in a quantum rotation sensor cell in two different ways: the classical laboratory method based on varying the modulation coefficient and analyzing the amplitude of the output signal, and the proposed method based on estimating the parameters of the magnetometric signal. There is also a comparison of the time spent on the implementation of each of the methods. Based on these studies, an approach has been developed to choose the value of the modulation coefficient, taking into account the current resonance quality in the system.

квантовый датчик вращениямагнитометрическая системакоэффициент модуляциикачество резонансаотношение сигнал/шумоптимизацияquantum rotation sensormagnetometric systemmodulation coefficientresonance qualitysignal-to-noise ratiooptimizationReferencesПешехонов В. Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28, № 2 (109). С. 3–10. DOI 10.17285/0869-7035.0028.Peshekhonov V.G. Gyroscopy and Navigation, 2020, no. 2(11), pp. 188–192.Вершовский А. К., Литманович Ю. А., Пазгалев А. С., Пешехонов В. Г. Гироскоп на ядерно-магнитном резонансе: предельные характеристики //Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26, № 1 (100). С. 55–80.Vershovskii A.K., Litmanovich Yu.A., Pazgalev A.S., Peshekhonov V.G. Giroskopiya i Navigatsiya, 2018, no. 1(26), pp. 55–80. (in Russ.)Bloch F. Nuclear Induction // Physical Rev. 1946. Vol. 70. P. 460–473. DOI: 10.1103/PhysRev.70.460.Bloch F. Physical Review, 1946, vol. 70, рр. 460–473, DOI: 10.1103/PhysRev.70.460.Popov E. N., Barantsev K. A., Litvinov A. N. Theoretical simulation of a signal for a scheme of an atomic spin gyroscope with optical detection // Kvantovaya Elektronika. 2019. Vol. 49, N 2. P. 169–177. DOI:10.1070/QEL16720.Popov E.N., Barantsev K.A., and Litvinov A.N. Kvantovaya Elektronika, 2019, no. 2(49), pp. 169–177, DOI:10.1070/ QEL16720.Ding M. Development and prospect of quantum sensing technology // Материалы ХХ конф. молодых ученых „Навигация и управление движением“ с международным участием / Под общ. ред. В. Г. Пешехонова. СПб: ЦНИИ „Электроприбор“, 2018. С. 21–22.Ding M. Navigatsiya i upravleniye dvizheniyem (Navigation and Motion Control), Proc. of the XX Conf. of Young Scientists with Intern. Participation, St. Petersburg, 2018, рр. 21–22. (in Russ.)Walker T. G., Larsen M. S. Spin-Exchange-Pumped NMR Gyros // Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics. 2016. Vol. 65. P. 373—401. DOI: 10.48550/arXiv.1604.03982.Walker T.G., Larsen M.S. Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics, 2016, vol. 65, рр. 373–401, DOI: 10.48550/arXiv.1604.03982.Cohen-Tannoudji C., Dupont-Roc J., Haroche S., Laloe F. Diverses résonances de croisement de niveaux sur des atomes pompés optiquement en champ nul. I. Théorie// Revue de Physique Appliquée. 1970. Vol. 5. P. 95—101. DOI: 10.1051/rphysap:019700050109500.Cohen-Tannoudji C., Dupont-Roc J., Haroche S., Laloe F. Revue de Physique Appliquée, 1970, vol. 5, рр. 95–101, DOI: 10.1051/rphysap:019700050109500.Eklund E. Microgyroscope based on spin-polarized nuclei: Extended Abstract of PhD Thesis. University of California, Irvine, 2008. 228 p.Eklund E. Microgyroscope Based on Spin-Polarized Nuclei, PhD thesis, University of California, Irvine, 2008, 228 p.Чалков В. В., Шевченко А. Н. Исследование системы захвата и стабилизации лазера детектирования квантового датчика вращения // Материалы ХXIII конф. молодых ученых „Навигация и управление движением“ с международным участием / Под общ. ред. В. Г. Пешехонова. СПб: ЦНИИ „Электроприбор“, 2021. С. 193–195.Chalkov V.V., Shevchenko A.N. Navigatsiya i upravleniye dvizheniyem (Navigation and Motion Control), Proc. of the XX Conf. of Young Scientists with Intern. Participation, St. Petersburg, 2021, рр. 193–195. (in Russ.)Шаршавин П. В. Интеграция прецизионного магнитометра с бортовой аппаратурой беспилотного летательного аппарата // Решетневские чтения. 2011. № 15. С. 197–198 [Электронный ресурс]: https://cyberleninka.ru/article/n/integratsiya-pretsizionnogo-magnitometra-s-bortovoy-apparaturoy-bespilotnogo-letatelnogo-apparata, 01.07.2025.Sharshavin P.V. Reshetnev Readings, 2011, no. 15, pp. 197–198, https://cyberleninka.ru/article/n/integratsiya-pretsizionnogo-magnitometra-s-bortovoy-apparaturoy-bespilotnogo-letatelnogo-apparata. (in Russ.)Feng Tang1, Ai-xian Li, Ke Zhang, Yanhua Wang, Nan Zhao. Optimizations of the parametric-modulation atomic magnetometer in the nuclear magnetic resonance gyroscope// Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 2019. Vol. 52, N 20. P. 205001. DOI: 10.1088/1361-6455/ab2a99.Feng Tang, Ai-xian Li, Ke Zhang, Yanhua Wang and Nan Zhao, J. of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 2019, no. 20(52), pp. 205001, DOI: 10.1088/1361-6455/ab2a99.Ke Zhang, Zhihuang Luo, Feng Tang1, Nan Zhao1, Yanhua Wang. Experimental optimization of atomic magnetometer in nuclear magnetic resonance gyroscope // Japanese Journal of Appl. Phys. 2020. Vol. 59, N 3. P. 030907. DOI: 10.35848/1347-4065/ab6caf.Ke Zhang, Zhihuang Luo, Feng Tang1, Nan Zhao and Yanhua Wang, Japanese J. of Applied Physics, 2020, no. 3(59), pp. 030907, DOI: 10.35848/1347-4065/ab6caf.Wenhao Luo, Hong Zhang, Yan Liu, Xiaogang Wei, Xiaonan Zhang, Yanhua Wang, Renfu Yang. A dual-axis high-order harmonic and single-axis phase-insensitive demodulation atomic magnetometer for in situ NMR detection of Xe // Journal of Appl. Phys. 2022. Vol. 132, Iss. 14. P. 144401. DOI: 10.1063/5.0096583.Wenhao Luo, Hong Zhang, Yan Liu, Xiaogang Wei, Xiaonan Zhang, Yanhua Wang, Renfu Yang, J. Appl. Phys., 2022, no. 14(132), pp. 144401, https://doi.org/10.1063/5.0096583.Zhiguo Wanga, Baolun Yuana, Hongchang Zhaoa, Miao Chenc, Xiang Zhan, Hui Luo. Optically pumped NMR oscillator based on 131Xe nuclear spins // Journal of Magnetic Resonance. 2021. Vol. 326. P. 106959. DOI: 10.1016/j. jmr.2021.106959.Zhiguo Wanga, Baolun Yuana, Hongchang Zhaoa, Miao Chenc, Xiang Zhan, Hui Luo, J. of Magnetic Resonance, 2021, vol. 326, рр. 106959, DOI: 10.1016/j.jmr.2021.106959.Xiujie Fang, Kai Wei, Yueyang Zhai, Tian Zhao, Xu Chen, Mingti Zhou, Ying Liu, Danyue Ma, Zhisong Xiao. Analysis of effects of magnetic field gradient on atomic spin polarization and relaxation in optically pumped atomic magnetometers // Optics Express. 2022. Vol. 30, N 3. P. 3926–3940. DOI: 10.1364/OE.447041.Xiujie Fang, Kai Wei, Yueyang Zhai, Tian Zhao, Xu Chen, Mingti Zhou, Ying Liu, Danyue Ma, and Zhisong Xiao, Optics Express, 2022, no. 3(30), pp. 3926–3940, DOI: 10.1364/OE.447041.Чалков В. В., Шевченко А. Н. Определение параметров магнитного экрана квантового датчика вращения на основе анализа формы параметрического резонанса цезия // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. СПб: 2019. С. 157–160.Chalkov V.V., Shevchenko A.N. Almanac of Scientific Works of Young Scientists of ITMO University, 2019, рр. 157–160. (in Russ.)

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