[發(fā)明專利]一種基于光彈調(diào)制的微小光旋角平衡差分檢測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710286735.9
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107121195B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 房建成;段利紅;全偉;姜麗偉;范文峰;劉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00;G01M11/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種基于光彈調(diào)制的微小光旋角平衡差分檢測裝置，其特征在于：該裝置包括準直擴束的檢測激光源(1)、起偏器(2)、光彈調(diào)制器(3)、四分之一波片(4)、堿金屬氣室樣品(5)、二分之一波片(6)、沃拉斯頓檢偏器(7)、平衡差分光電探測器(8)、光彈控制器、數(shù)字鎖相放大器、信號加法器和信號采集及處理單元，數(shù)字鎖相放大器為雙通道數(shù)字鎖相放大器，包括第一鎖相放大器和第二鎖相放大器兩個通道，其中，沿所述的準直擴束的檢測激光源(1)出射的光束前進方向依次是起偏器(2)、光彈調(diào)制器(3)、四分之一波片(4)、待測堿金屬氣室樣品(5)、二分之一波片(6)、沃拉斯頓檢偏棱鏡(7)和平衡差分光電探測器(8)，所述的光彈控制器通過串口與所述的光彈調(diào)制器(3)控制端相連，所述的光彈調(diào)制器(3)的第一輸出端通過BNC轉(zhuǎn)接頭接所述的數(shù)字鎖相放大器的參考信號輸入端，所述的平衡差分光電探測器(8)的正通道“+”及負通道“-”信號輸出端分別接所述的信號加法器兩路輸入端，所述的平衡差分光電探測器(8)的差分通道“RF”信號輸出端連接所述的數(shù)字鎖相放大器的信號輸入端，經(jīng)數(shù)字鎖相放大器解調(diào)的二次諧波信號輸出端通過BNC轉(zhuǎn)接線接信號采集與處理單元，信號加法器輸出的兩單通道信號的加和信號通過BNC接入信號采集與處理單元，信號采集與處理單元的數(shù)據(jù)采集程序用于采集數(shù)字鎖相放大器輸出的信號；

起偏器(2)透光軸沿x軸方向；光彈調(diào)制器(3)的振動方向與起偏器(2)呈45度夾角；四分之一波片(4)為單點波長的真零級器件，其快軸與起偏器(2)透振方向同軸；二分之一波片(6)的快軸方向與起偏器(2)透光軸呈45度夾角，沃拉斯頓檢偏器(7)的振動軸與起偏器(2)呈45度。

2.一種基于光彈調(diào)制的微小光旋角平衡差分檢測方法，利用權(quán)利要求1所述的基于光彈調(diào)制的微小光旋角平衡差分檢測裝置，其特征在于，該方法包括以下步驟：

①將待測的堿金屬氣室樣品(5)插入所述的四分之一波片(4)及二分之一波片(6)之間，注意入射光與樣品表面垂直且從其中心通過；

②所述的光彈控制器通過前面板設(shè)定光彈調(diào)制器(3)的峰值相位延遲量為0.09rad，所述的平衡差分光電探測器(8)分別記錄從沃拉斯頓檢偏器(7)出射的兩路單通道及一路差分通道的光束光強并轉(zhuǎn)化為電信號，其中正通道“+”及負通道“-”的輸出電信號分別接至所述的信號加法器的兩路輸入端，差分通道電信號輸出至所述的數(shù)字鎖相放大器的信號輸入端，所述的光彈控制器輸出端通過BNC連接線與數(shù)字鎖相放大器的參考信號輸入端相連，數(shù)字鎖相放大器的輸出信號包含一次諧波分量和二次諧波分量，其中數(shù)字鎖相放大器二次諧波輸出信號包含待測樣品信息并通過BNC連接線輸送至信號采集及處理單元；

③所述的信號采集及處理單元通過數(shù)據(jù)采集程序采集所述的信號加法器輸出信號V_Add可表示為：

V_Add＝KI_Add＝K(I⁺+I^-)

其中，K為系統(tǒng)參數(shù)，I_Add為信號經(jīng)加法器輸出的兩單通道信號之和，I⁺為差分光電探測器正通道“+”輸出光強，I^-為差分光電探測器負通道“-”輸出光強；

所述的信號采集及處理單元通過數(shù)據(jù)采集程序采集所述的鎖相放大器輸出信號的二次諧波分量V_2f為：

V_2f＝I^--I⁺＝2KI₀θJ₂(α_m)

其中，I₀為起偏器后初始入射激光強度，θ為經(jīng)堿金屬氣室的線偏振光旋角，α_m是光彈調(diào)制器的峰值延遲量，J₂(α_m)是第2階貝塞爾函數(shù)；

將信號加法器得到的兩個單通道的加和信號和及鎖相放大器獲得的V_2f進行下列計算：

得到待測堿金屬氣室(5)的光旋角信息θ。