[發明專利]一種射頻電場極化方向的測量方法

有效

• 申請號: 201710170061.6
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106707042B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 趙建明;焦月春;賈鎖堂
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康

1.一種射頻電場極化方向的測量方法，所述射頻電場極化方向的測量方法基于以下裝置，該裝置包括樣品池(1)、第一激光光源(2)、第二激光光源(3)、高反射率反射鏡(4)、雙色鏡(5)、光電探測器(6)、第一半波片(7)、第一偏振分光棱鏡(8)、第二半波片(9)和第二偏振分光棱鏡(10)；所述第一激光光源(2)為探測光光源，高反射率反射鏡(4)設在探測光光路上，所述第一半波片(7)、第一偏振分光棱鏡(8)、樣品池(1)、第二偏振分光棱鏡(10)、第二半波片(9)、雙色鏡(5)和光電探測器(6)依次序設在高反射率反射鏡(4)的反射光路上；所述第二激光光源(3)為耦合光光源且設在雙色鏡(5)的耦合光入射口，所述第一半波片(7)和第一偏振分光棱鏡(8)構成探測光功率控制器，用來產生固定極化方向的線偏振探測光；所述第二半波片(9)和第二偏振分光棱鏡(10)構成耦合光功率控制器，用來產生固定極化方向的線偏振耦合光；所述高反射率反射鏡(4)和雙色鏡(5)的正面與水平面成45度夾角；

其特征在于，所述射頻電場極化方向的測量方法包括如下步驟：

(a)第一激光光源(2)發出探測光，將探測光的頻率鎖定在銫原子的基態6S_1/2到激發態6P_3/2的共振躍遷線上，探測光經過高反射率反射鏡(4)、第一半波片(7)和第一偏振分光棱鏡(8)從樣品池(1)的一端入射到樣品池(1)中，透過樣品池(1)的探測光通過第二偏振分光棱鏡(10)、第二半波片(9)和雙色鏡(5)入射到光電探測器(6)上進行探測；

(b)第二激光光源(3)發出耦合光，耦合光耦合銫原子的第一激發態6P_3/2與里德堡能級nD_5/2，耦合光經過雙色鏡(5)、第二半波片(9)和第二偏振分光棱鏡(10)從樣品池(1)的另一端入射進樣品池(1)中，與探測光在樣品池(1)中反向共線傳播；

(c)第二激光光源(3)在第一激發態6P₃/₂到里德堡能級nD_5/2共振躍遷線的附近掃描耦合光的頻率，使光電探測器(6)探測到無多普勒背景的電磁感應透明光譜；

(d)將射頻電場極化方向的測量裝置放置于待測射頻電場中，在待測射頻電場的作用下，(c)步驟中所述的電磁感應透明光譜發生Stark頻移和分裂，產生不同磁量子數的能級譜線，同時產生由射頻電場調制里德堡能級的偶級邊帶，依據下列同一電場下不同磁量子數的譜線激發強度公式計算磁量子數m_j＝5/2的Stark光譜的激發強度和磁量子數m_j＝1/2的二級邊帶光譜的激發強度：

式中，S_ν,N為不同磁量子數的譜線激發強度；e為電子電荷；為約化的普朗克常量；E_L表示激光光場的振幅；ν表示激光的頻率；N表示偶數級邊帶的階數；為光場的極化方向；為6P_3/2到|k>態的躍遷矩陣元，|k>為基矢，為角度旋轉算符；為每一個躍遷矩陣元的系數；為里德堡原子的原子實與電子的位置矢量；θ為以樣品池的橫截面為xy面，以探測光或耦合光的傳播方向為z軸建立一個空間直角坐標系時，待測射頻電場極化方向與yz平面的夾角；為待測射頻電場極化方向與xz平面的夾角；m_j為磁量子數；

(e)根據磁量子數m_j＝5/2的Stark光譜的激發強度與磁量子數m_j＝1/2的二級邊帶光譜的激發強度，擬合磁量子數m_j＝5/2的Stark光譜對應的激發面積A1和磁量子數m_j＝1/2的二級邊帶光譜對應的激發面積A2，使用對照度A＝(A1-A2)/(A1+A2)公式計算這兩條光譜的激發面積的對照度A，計算所得的每個對照度A值對應一個確定的電場極化方向，從而得到待測射頻電場的極化方向。

2.根據權利要求1所述的一種射頻電場極化方向的測量方法，其特征在于：所述待測射頻電場的頻率范圍為1MHz-1GHz。