[發明專利]一種基于光彈調制的微小光旋角平衡差分檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201710286735.9
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107121195B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 房建成;段利紅;全偉;姜麗偉;范文峰;劉峰
• 申請（專利權）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

本發明公開了一種基于光彈調制的微小光旋角平衡差分檢測裝置及方法，該裝置包括準直擴束的檢測激光源(1)、起偏器(2)、光彈調制器(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、數字鎖相放大器、信號加法器和信號采集及處理單元。本發明提供一種高靈敏度、高穩定度的消除檢測信號中共模誤差的裝置及方法，有效結合了光偏振調制檢測、光偏振平衡差分檢測以及數字鎖相放大技術的優勢，整個裝置簡單、結構緊湊、操作方便。

技術領域

本發明涉及偏振測量技術及微弱信號處理的技術領域，特別是一種基于光彈調制的微小光旋角平衡差分檢測裝置及方法。

背景技術

光抽運堿金屬氣室的線偏振光旋角檢測在超高靈敏慣性測量、超高靈敏磁測量、高精度原子自旋慣性導航等領域具有重要的應用。高精度、高穩定的微弱光旋角信號的檢測及提取是整個慣性及磁場測量裝置的關鍵技術。傳統的基于偏振分光棱鏡的差分檢測技術，因輸出為直流信號沒有調制容易受低頻噪聲的串擾，但優勢在于采用平衡差分技術可以去除信號檢測中入射光功率的影響；另一種常用的法拉第調制光旋角檢測技術，由于法拉第晶體的磁光系數隨溫度變化特性以及本身磁噪聲限制不適用于超高靈敏的磁場及慣性測量，特別是小體積的集成化裝置中。而基于光彈調制的偏振檢測技術，相比于法拉第調制檢測，溫度性能更為穩定且沒有線圈的電磁干擾，更適合于超高靈敏的磁測量及慣性測量，但是在光旋角檢測中仍然存在光功率的波動影響。因此需要一種高靈敏度、穩定的可消除光功率波動等共模噪聲干擾的微弱光旋角檢測的裝置及方法。

發明內容

本發明目的在于提出一種基于光彈調制的微小光旋角平衡差分檢測裝置及方法克服上述現有傳統技術的不足。該裝置簡單、結構緊湊，不僅具有光彈偏振調制檢測的靈敏度而且兼容偏振平衡差分檢測中消除系統共模誤差的優勢。數字鎖相放大器同時提取兩路信號的差分信號，以及兩路信號的加和信號，處理運算后得到消除系統入射光功率的共模誤差信號。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種基于光彈調制的微小光旋角平衡差分檢測裝置，該裝置包括準直擴束的檢測激光源、起偏器、光彈調制器、四分之一波片、堿金屬氣室樣品、二分之一波片、沃拉斯頓檢偏器、平衡差分光電探測器、光彈控制器、數字鎖相放大器、信號加法器和信號采集及處理單元，數字鎖相放大器為雙通道數字鎖相放大器，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出射的光束前進方向依次是起偏器、光彈調制器、四分之一波片、待測堿金屬氣室樣品、二分之一波片、沃拉斯頓檢偏棱鏡和平衡差分光電探測器，所述的光彈控制器通過串口與所述的光彈調制器控制端相連，所述的光彈調制器的第一輸出端通過BNC轉接頭接所述的數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的差分通道“RF”信號輸出端接所述的數字鎖相放大器的信號輸入端，經數字鎖相放大器解調的二次諧波信號輸出端通過BNC轉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據采集程序用于采集數字鎖相放大器輸出的信號。

其中，起偏器透光軸沿x軸方向；光彈調制器的振動方向與起偏器呈45度夾角；四分之一波片為單點波長的真零級器件，其快軸與起偏器透振方向同軸；二分之一波片的快軸方向與起偏器透光軸呈45度夾角，沃拉斯頓檢偏器的振動軸與起偏器呈45度。

本發明還提供一種基于光彈調制的微小光旋角平衡差分檢測方法，利用上述的基于光彈調制的微小光旋角平衡差分檢測裝置，該方法包括以下步驟：

①將待測的堿金屬氣室樣品插入所述的四分之一波片及二分之一波片之間，注意入射光與樣品表面垂直且中心通過；