[發明專利]一種用于光彈調制器峰值延遲量的標定方法

有效

• 申請號: 201710399068.5
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107131902B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 全偉;王清華;房建成;段利紅
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00;G01R35/00
• 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

本發明公開了一種用于光彈調制器峰值延遲量的標定方法，該標定方法利用的標定裝置包括光學測量模塊和信號處理模塊兩部分。光學測量模塊由激光器、偏振分光棱鏡、八分之一波片、光彈調制器和反射鏡組成，共同完成對入射光偏振態的調制；信號處理模塊由光電探測器、信號調節器、鎖相放大器、光彈調制驅動器和計算機組成，得到光彈調制器的峰值延遲量。本發明的標定方法在光彈調制器工作在小角度調制狀態時具有較高的靈敏度；由于激光光束先后通過了光彈調制器兩次，因此標定精度較傳統方法提高了兩倍；標定結果不受入射光強波動的影響，可修正由于外界環境影響造成的光彈調制器實際的峰值延遲量與設定值的偏差，從而提高原子磁強計中原子自旋進動檢測結果的精度。

技術領域

本發明屬于偏振測量技術領域，具體涉及一種用于光彈調制器峰值延遲量的標定方 法，可廣泛應用于原子磁強計等使用光彈調制器測量線偏振光偏振方向微小轉角的精密 測量系統。

背景技術

近年來，隨著量子精密測量技術的快速發展，基于原子自旋效應的原子磁強計以其 超高的理論精度得到了廣泛關注和大力發展。在原子磁強計中，通常通過光彈調制法來獲取原子自旋進動狀態信息。光彈調制器是一種基于光彈效應的相位調制器件，主要由 各向同性的光學材料和壓電材料組成。交流電壓驅動的壓電材料在各向同性的光學材料 上施加周期性變化的機械力，使光學晶體產生共振，形成機械駐波，從而使光學晶體產 生周期性雙折射，因此光通過光彈調制器后其相位延遲量被調制。由于光彈調制器具有 接收角大、調制效率高、調制純度高、調制穩定性好等優點，被廣泛應用于高精度偏振 調制檢測技術中。

在實際工作過程中，光彈調制器的峰值延遲量可能會受到外界環境的影響(如溫度) 而發生變化，導致其實際的峰值延遲量與設定值存在偏差，同時由于原子磁強計中使用 的光彈調制器需要工作在小角度的調制狀態，因此在實際使用中必須對光彈調制器峰值 延遲量進行精確標定，減小由于光彈調制器的峰值延遲量的偏差造成的原子自旋進動檢 測結果的誤差。

光彈調制器的標定方法主要有單光子計數法、多次諧波比法、示波器波形顯示法和 貝塞爾函數歸零法。單光子計數法和多次諧波比法的實驗方法復雜，且標定精度較低。示波器波形顯示法只適用于調制幅度較大的固定峰值延遲量的光彈調制器標定，且依賴于標定人員的主觀判斷，因此標定誤差較大。貝塞爾函數歸零法不能夠對小角度調制狀 態下的光彈調制器的峰值延遲量進行精確標定，且標定結果受光強波動影響較大。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了克服現有技術的不足，設計一種用于光彈調制器 峰值延遲量的標定方法。該方法特別適用于標定工作在小角度調制狀態的光彈調制器，標定結果不受入射光強波動的影響，并且標定精度較傳統標定方法提高了兩倍。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案如下：

一種用于光彈調制器峰值延遲量的標定方法，該標定方法利用的標定裝置包括光學 測量模塊和信號處理模塊兩部分。其中光學測量模塊由激光器、偏振分光棱鏡、八分之一波片、光彈調制器和反射鏡組成；信號處理模塊由光電探測器、信號調節器、計算機、 光彈調制驅動器和鎖相放大器組成；上述元器件的位置關系如下：

沿激光器出射的光束前進方向依次是所述的偏振分光棱鏡、八分之一波片、光彈調 制器和反射鏡。所述的光彈調制驅動器的第一輸出端接所述的光彈調制器的信號輸入端，所述的光彈調制驅動器的第二輸出端接所述的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信號調節器的輸入端，所述的信號調節器的直流輸出端 接所述的計算機，所述的信號調節器的交流輸出端接所述的鎖相放大器，所述的鎖相放 大器的信號輸出端通過串口接入所述的計算機。所述的計算機安裝有數據采集程序，用 于采集信號調節器輸出的直流分量和鎖相放大器輸出的一次諧波分量。

所述的八分之一波片的快軸方向與光彈調制器的調制軸方向平行，且都與偏振分光 棱鏡的透射軸方向成45°。

該方法包括下列步驟：