[發(fā)明專利]一種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測(cè)磁系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310571677.6
• 申請(qǐng)日: 2013-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN103605086A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮焱穎;胡勇;薛洪波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/032
• 分類號(hào): G01R33/032
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測(cè)磁系統(tǒng)，屬于磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

利用相干的雙色光與原子相干耦合實(shí)現(xiàn)對(duì)原子的相干布局囚禁（以下簡(jiǎn)稱CPT，Coherent?Population?Trapping），獲得的CPT共振信號(hào)具有線寬窄和不受激光器本身線寬影響的特性，可應(yīng)用于磁強(qiáng)計(jì)和原子鐘等領(lǐng)域。CPT原子磁力儀由于其全光學(xué)特性，兼具體積小、功耗低等特點(diǎn)，使得它廣泛用于各類磁場(chǎng)測(cè)量場(chǎng)合。其中低航向誤差和無死區(qū)的物理屬性，使得它在某些移動(dòng)測(cè)磁領(lǐng)域更有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

目前，CPT磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)所需的雙色相干光束的獲取手段主要有三種：

1.通過染料激光器的不同模式產(chǎn)生雙頻相干光，如文獻(xiàn)：M.O.Scully?and?M.Fleischhauer,Physical?Review?Letters69,1360(1992).所記載；

2.通過鎖相環(huán)技術(shù)將一臺(tái)激光器鎖定于另一臺(tái)參考激光器上，獲得雙頻相干光，如文獻(xiàn)：A.N.R.Wynands,Appl.Phys.B68,1(1999).所記載；

3.另一種是通過微波調(diào)制垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）獲得，如文獻(xiàn)：R.Wynands,S.Knappe,J.Kitching,L.Hollberg,A.Taichenachev,and?V.Yudin,Optics?letters27,1472(2002).所記載。

CPT現(xiàn)象是于染料激光器產(chǎn)生的光場(chǎng)中首先觀測(cè)到的，但是染料激光器輸出光線寬較寬，頻率差調(diào)節(jié)不便，信號(hào)對(duì)比度不高，所以基本已經(jīng)退出了CPT所需光源的制備領(lǐng)域；通過鎖相環(huán)將兩臺(tái)激光器相位統(tǒng)一原理上能夠?qū)崿F(xiàn)任意頻率差的激光輸出，而且兩束光束空間獨(dú)立，調(diào)節(jié)較為方便，但系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜；微波調(diào)制垂直腔面激光器的方法因?yàn)樗杀镜土僮鞣奖悖蔀槟壳氨绢I(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的方法。

上述三種方法中后兩種都有其特有的優(yōu)勢(shì)，但是在測(cè)量過程中皆需要對(duì)其頻率進(jìn)行掃描，所以不利于激光器的長(zhǎng)期穩(wěn)定，也不利于磁強(qiáng)計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，同時(shí)也對(duì)磁強(qiáng)計(jì)的閉環(huán)產(chǎn)生了一定的障礙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測(cè)磁系統(tǒng)，改變已有CPT測(cè)磁系統(tǒng)中的相干光源的產(chǎn)生方式，利用原子固有性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)的絕對(duì)跟蹤測(cè)量、梯度測(cè)量或者磁圖繪制。

本發(fā)明提出的基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測(cè)磁系統(tǒng)，包括：

激光光源，用于產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的激光；

光纖電光調(diào)制器，用于接收激光，并根據(jù)頻率綜合器的經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號(hào)，產(chǎn)生相干光源，光纖電光調(diào)制器通過單模保偏光纖與激光光源相連，通過高頻信號(hào)線與頻率綜合器相連；

探測(cè)光路，用于接收相干光源，探測(cè)外部磁場(chǎng)對(duì)激光吸收強(qiáng)度產(chǎn)生的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)，探測(cè)光路通過單模保偏光纖與光纖電光調(diào)制器相連；

鎖相放大器，用于接收探測(cè)光路產(chǎn)生的電壓信號(hào)和信號(hào)源產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號(hào)，將電壓信號(hào)與正弦調(diào)制信號(hào)進(jìn)行混頻濾波，得到一個(gè)誤差信號(hào)，并將該誤差信號(hào)輸送至伺服控制器，鎖相放大器同時(shí)通過信號(hào)線與探測(cè)光路和信號(hào)源相連；

信號(hào)源，用于產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制信號(hào)和一個(gè)三角波掃頻信號(hào)，并將正弦調(diào)制信號(hào)與三角波掃頻信號(hào)發(fā)送至加法器，同時(shí)將其中的正弦調(diào)制信號(hào)發(fā)送至鎖相放大器，信號(hào)源同時(shí)與鎖相放大器和加法器相連；

加法器，用于接收信號(hào)源的正弦調(diào)制信號(hào)、三角波掃頻信號(hào)和來自伺服控制器的反饋控制信號(hào)，并將正弦調(diào)制信號(hào)、三角波掃頻信號(hào)與反饋控制信號(hào)相加，得到閉環(huán)電壓信號(hào)，并將閉環(huán)電壓信號(hào)發(fā)送至頻率綜合器，加法器通過信號(hào)線同時(shí)與信號(hào)源和頻率綜合器相連；

頻率綜合器，用于接收加法器的閉環(huán)電壓信號(hào)，將閉環(huán)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為調(diào)制頻率，并將調(diào)制頻率疊加到由頻率綜合器本身產(chǎn)生的微波信號(hào)上，得到經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號(hào)，頻率綜合器通過信號(hào)線與光纖電光調(diào)制器相連；

伺服控制器，用于接收鎖相放大器的誤差信號(hào)，根據(jù)誤差信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)反饋控制信號(hào)，并將該反饋控制信號(hào)同時(shí)發(fā)送至加法器和數(shù)據(jù)處理器，伺服控制器通過信號(hào)線同時(shí)與加法器和數(shù)據(jù)處理器相連；

數(shù)據(jù)處理器，用于接收伺服控制器的反饋控制信號(hào)，并將反饋控制信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換成待測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度。

上述測(cè)磁系統(tǒng)中的探測(cè)光路，可以有兩種不同結(jié)構(gòu)，其中：

第一種提出光路的結(jié)構(gòu)為：

光纖耦合頭，用于接收來自光纖電光調(diào)制器的相干光源，并將相干光源轉(zhuǎn)換為空間相干光；

半波長(zhǎng)玻片，用于接收空間相干光，調(diào)節(jié)空間相干光的偏振面；