用于微型核磁共振陀螺的内边长1mm立方体原子气室制作与评估
DOI:
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作者:
作者单位:

1.国防科技大学前沿交叉学科学院;2.北京航天仪器控制研究所;3.华惯科技有限公司

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

U666.12

基金项目:

国家自然科学基金(U23B2066, 12174446);湖南省杰出青年科学基金(2023JJ10050)


Fabrication and evaluation of a cubic Rb-Xe gas cell with 1-mm internal side length for miniature nuclear magnetic resonance gyroscopes
Author:
Affiliation:

1.College of Advanced Interdisciplinary Studies,National University of Defense Technology,Changsha;2.Beijing Institute of Aerospace Control Devices,Beijing;3.Huaguan Technology Co,Ltd,Changsha

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    摘要:

    核磁共振陀螺兼有小体积和高精度的潜力,是下一代微型陀螺的关键技术路径之一。为了支撑微型核磁共振陀螺的研制,本文开发了光胶工艺的全玻璃Rb-Xe原子气室,其内部尺寸只有1 mm×1 mm×1 mm。搭建了实验系统,全面系统测量了Xe原子核系综的关键参量。在130 ℃时,129Xe原子核系综的纵向弛豫时间、横向弛豫时间和极化场强度分别为7.832 s,3.316 s 和11.382 nT;对于131Xe,这 3 个量分别为15.381 s,9.029 s 和 20.344 nT。进一步测量了这些量在115 ℃-140 ℃的变化规律。根据这些参数估计了将其用于核磁共振陀螺时可以达到的角随机游走为0.17 °/√h。为了进一步提升精度,关键在于进一步提高弛豫时间。该微型原子气室的研制为推进微型核磁共振陀螺技术进步奠定了良好基础。

    Abstract:

    Nuclear Magnetic Resonance Gyroscopes (NMRGs) exhibit significant potential for miniaturization and high-precision, positioning them as a critical technology path for next-generation micro-gyroscopes. To support the development of micro?NMRGs, this study fabricated a fully glass?based Rb–Xe vapor cell with an internal dimension of 1 mm×1 mm×1 mm via optical bonding, and systematically measured key parameters of the nuclear spin ensemble. Results at 130 ℃ showed longitudinal relaxation time (T1), transverse relaxation time (T2), and polarization fields were 7.382 s, 3.316 s, and 11.382 nT for 129Xe, respectively, and those for 131Xe were 15.381 s, 9.029 s, and 20.344 nT, respectively. These parameters as a function of temperature in the range of 115 ℃-140 ℃ were also obtained. Based on the measured parameters, the angular random walk (ARW) for the NMRG employing this cell is estimated to be 0.17?°/√h. A key challenge remains further increasing the relaxation times. This research on miniature vapor cell provides a foundational basis for advancing micro-NMRGs development.

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  • 收稿日期:2026-06-04
  • 最后修改日期:2026-09-13
  • 录用日期:2026-09-15
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