[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

本發明公開了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，該裝置及方法基于光彈偏振調制技術、光偏振補償技術及數字鎖相放大技術，通過光電探測器及鎖相放大器獲得偏振調制檢測輸出信號的一次諧波分量，利用堿金屬原子對垂直于檢測光方向磁場的響應特性，精細調節四分之一波片的光軸方位角精確補償光束偏振態以消除由此帶來的偏振誤差信號，補償過程可通過數字示波器實時監控。本發明不僅應用在高靈敏原子磁場/慣性的高精度信號檢測，而且也適用于高精度的微弱光旋角測量方面。

技術領域

本發明涉及光偏振測量與誤差補償的技術領域，尤其涉及高精度原子自旋磁場及慣性測量的技術領域，特別涉及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。

背景技術

線偏振光旋角檢測在原子自旋信號檢測、生物檢測、快速光譜成像等領域具有廣泛的應用。特別是本發明涉及的原子自旋信號檢測領域，線偏振光旋角檢測具有較高的檢測靈敏度及精度已經被應用于基礎物理參數測量裝置、極弱磁場測量裝置及高精度長航時的原子慣性導航系統。而線偏振檢測中殘余圓偏振分量引入的檢測誤差極大破壞了光旋角測量的靈敏度及精度，因此需要一種高精度、易操作的可消除此干擾誤差的裝置及方法。

在現有技術[1](J.M.Brown,A New Limit on Lorentz-and CPT-ViolatingNeutron Spin Interactions Using a K-3He Comagnetometer,in Department ofPhysics,Princeton University,Princeton,2011)提到了采用超厚石英玻璃應力變化或者電光晶體的普克爾斯效應抑制殘余圓偏振光分量的方法。這兩種方法中前者靠被動控制石英玻璃的應力變化補償光束中殘余圓偏振分量，其控制精度不高且操作復雜；后者利用電光晶體的普克爾斯效應補償圓偏振分量，補償精度受限于電光晶體的偏振特性且電光晶體需要的交變驅動電場會產生磁場干擾影響正常信號測量。

發明內容

本發明目的在于提出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，克服上述現有技術的不足。該裝置簡單結構緊湊，只需要用到精密可旋轉的真零級四分之一波片，操作簡單方便；利用檢測光與堿金屬原子相互作用的響應輸出做為調節器件的反饋信號，補償準確且精確高。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種消除線偏振光旋角檢測中殘余圓偏振分量的裝置，該裝置包括準直擴束檢測激光源、光功率穩定模塊、起偏器、光彈調制器、可變四分之一波片、光楔組件、待測堿金屬氣室樣品、三維線圈、檢偏器、光電探測器、光彈控制器、數字鎖相放大器、數字示波器及信號采集與處理單元，其中，沿所述的準直擴束檢測激光源出射的光束前進方向依次是光功率穩定模塊、起偏器、光彈調制器、可變四分之一波片、光楔組件、待測堿金屬氣室樣品、三維線圈、檢偏器和光電探測器，所述的光彈控制器通過串口與所述的光彈調制器的控制端相連，所述的光彈控制器第一輸出端接所述的數字鎖相放大器的參考信號輸入端，所述的光電探測器的輸出端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轉接頭分別接數字示波器和信號采集與處理單元，該信號采集與處理單元的用于采集數字鎖相放大器的輸出信號，反饋控制程序用于穩定光功率變化。

所述的起偏器為高消光比的格蘭泰勒棱鏡，其振動軸沿x軸方向；光彈調制器的振動方向與起偏器呈45度夾角；可變四分之一波片為單點波長的真零級器件，其快軸方位角與起偏器偏振方向同軸；檢偏器為高消光比的格蘭泰勒棱鏡其振動軸與起偏器透振方向垂直；光楔組件用于調節入射到球型堿金屬氣室中心軸線的光束位置；三維線圈對堿金屬氣室樣品提供不同方位磁場。

所述的光彈控制器通過輸入面板設定光彈調制器的峰值延遲量、調制頻率和工作波長。

利用所述的消除線偏振光旋角檢測中殘余圓偏振分量的裝置去除線偏振中殘余圓偏振分量的方法，該方法包括以下步驟：