[發明專利]一種消除線偏振光旋角檢測中殘余圓偏振分量的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710306796.7
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107024276B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 房建成;段利紅;全偉
• 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
• 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

1.一種消除線偏振光旋角檢測中殘余圓偏振分量的裝置，其特征在于：該裝置包括準直擴束檢測激光源(1)、光功率穩定模塊(2)、起偏器(3)、光彈調制器(4)、可變四分之一波片(5)、光楔組件(6)、待測堿金屬氣室樣品(7)、三維線圈(8)、檢偏器(9)、光電探測器(10)、光彈控制器、數字鎖相放大器、數字示波器和信號采集與處理單元；其中，沿所述的準直擴束檢測激光源(1)出射的光束前進方向依次是光功率穩定模塊(2)、起偏器(3)、光彈調制器(4)、可變四分之一波片(5)、光楔組件(6)、待測堿金屬氣室樣品(7)、三維線圈(8)、檢偏器(9)和光電探測器(10)；光彈控制器通過串口與所述的光彈調制器(4)控制端相連，所述的光彈控制器第一輸出端連接數字鎖相放大器的參考信號輸入端，所述的光電探測器(10)的輸出端連接所述的數字鎖相放大器的信號輸入端，經所述的數字鎖相放大器解調的一次諧波信號輸出端通過三通BNC轉接頭接數字示波器及信號采集與處理單元，該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，其反饋控制程序用于穩定光路光功率變化，可變四分之一波片(5)為單點波長的真零級器件，所述的可變四分之一波片(5)被安裝在高分辨率的可旋轉光學支架內，通過高精度控制器控制其轉動。

2.根據權利要求1所述的消除線偏振光旋角檢測中殘余圓偏振分量的裝置，其特征在于：起偏器(3)透光軸沿x軸方向；光彈調制器(4)的振動方向與起偏器呈45度夾角；可變四分之一波片(5)快軸與起偏器(3)透振方向同軸；檢偏器(9)的振動軸與起偏器(3)垂直；待測堿金屬氣室樣品(7)為球型堿金屬氣室，光楔組件(6)用于調節入射到球型堿金屬氣室中心軸線的光束位置；三維線圈(8)對待測堿金屬氣室樣品(7)提供不同方位的磁場。

3.一種消除線偏振光旋角檢測中殘余圓偏振分量的方法，利用權利要求1所述的消除線偏振光旋角檢測中殘余圓偏振分量的裝置，其特征在于：該方法包括以下步驟：

①可變四分之一波片(5)被安裝在高分辨率的可旋轉光學支架內，通過高精度控制器控制其轉動；三維線圈(8)通過精密信號發生器驅動；

②所述的光彈控制器通過前面板設定光彈調制器(4)的峰值相位延遲量為0.09rad，所述的光電探測器(10)記錄從檢偏器(9)出射的光束光強并轉化為電信號，該電信號輸出至所述的數字鎖相放大器的信號輸入端，所述的光彈控制器輸出端與數字鎖相放大器的參考信號輸入端相連，數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，其中數字鎖相放大器一次諧波輸出信號通過BNC連接線輸送至數字示波器；

③當待測堿金屬氣室樣品(7)未被極化時，數字鎖相放大器輸出信號的一次諧波分量V_1f為系統誤差信號，其表達式為：

V_1f∝s_mR_m

其中，s_m為光束偏振度，純線偏振光時s_m＝0，純圓偏振時s_m＝1，一般情況下介乎于兩者之間；R_m為檢測光對堿金屬原子的抽運率；線偏振檢測光中存在圓偏振分量時V_1f∝s_mR_m≠0，對三維線圈(8)施加其響應頻率范圍內的正弦信號，觀測數字示波器上的鎖相放大器一次諧波分量響應輸出；小范圍內精細調節氣室前可變四分之一波片(5)的光軸位置，補償圓偏振光分量使得V_1f∝s_mR_m＝0，消除此時一次諧波的誤差信號。