[發明專利]一種基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 202010005303.8
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111077151B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 房建成;房秀杰;翟躍陽;魏凱;趙天;馬丹躍;邢博錚;肖志松
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦;張濤

1.一種基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：在原子傳感模塊與第二格蘭泰勒棱鏡之間設置空間光調制器，所述空間光調制器將來自所述原子傳感模塊攜帶的旋光角信息進行多通道調制，以得到多通道原子自旋進動信號的檢測結果；

所述多通道為四通道，所述四通道的調制頻率依次為w₁＝200hz，w₂＝400hz，w₃＝600hz，w₄＝800hz，多通道鎖相放大器按照下式解調出一倍頻信號：式中m為通道序號，ω為角速度，I₀為起偏器初始光強,θ為旋光角,α為調制幅度，其中θ按照下式計算：

式中l為檢測光在氣室中傳播長度，n為與檢測光作用的堿金屬原子數密度，r_e為電子經典半徑，c為光速，P_x為堿金屬電子極化率在x方向的投影，為激光D1、D2線與原子相互作用共振強度，D(ν)為光旋角線型函數。

2.根據權利要求1所述的基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法，其特征在于，所述空間光調制器由計算機生成的灰度圖像驅動液晶扭轉，根據應用需求將調制器鏡面劃分為不同尺寸以進行多通道調制，每個通道圖片灰度根據需要加載將信號調制至不同調制頻率或頻段。

3.根據權利要求2所述的基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法，其特征在于，所述計算機生成的灰度圖像為8位灰度圖，所述8位灰度圖具有0至255級灰度。

4.根據權利要求2所述的基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法，其特征在于，所述計算機連接多通道鎖相放大器，所述計算機將所述不同調制頻率設定為所述多通道鎖相放大器的多通道參考頻率，所述多通道鎖相放大器根據所述多通道參考頻率對信號進行解調，以實現原子自旋進動多通道無延時檢測，并且通過信號采集處理電路處理后同時得到不同空間位置的多通道信號測量結果。

5.一種用于實施權利要求1-4之一所述基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法的裝置，其特征在于，包括設置在原子傳感模塊與第二格蘭泰勒棱鏡之間的空間光調制器，所述第二格蘭泰勒棱鏡依次通過第三凸透鏡、第四凸透鏡和光電探測器連接多通道鎖相放大器，所述空間光調制器和所述多通道鎖相放大器均分別連接計算機，所述多通道鎖相放大器連接信號采集處理電路，所述空間光調制器將來自所述原子傳感模塊攜帶的旋光角信息進行多通道調制，所述空間光調制器由計算機生成的8位灰度圖像驅動液晶扭轉，根據應用需求將調制器鏡面劃分為不同尺寸以進行多通道調制，每個通道圖片灰度根據需要加載將信號調制至不同調制頻率或頻段，所述計算機將所述不同調制頻率設定為所述多通道鎖相放大器的多通道參考頻率，所述多通道鎖相放大器根據所述多通道參考頻率對信號進行解調，以實現原子自旋進動多通道無延時檢測，并且通過信號采集處理電路處理后同時得到不同空間位置的多通道信號測量結果。

6.根據權利要求5所述的基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法的裝置，其特征在于，所述原子傳感模塊依次通過第一格蘭泰勒棱鏡、第二凸透鏡、第一凸透鏡、偏振分光棱鏡和1/2波片連接檢測激光器。

7.根據權利要求6所述的基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法的裝置，其特征在于，所述偏振分光棱鏡連接波長計，所述偏振分光棱鏡將來自所述檢測激光器的激光光束分成兩路，其中一路進入所述波長計，另一路進入所述第一凸透鏡。

8.根據權利要求7所述的基于空間光調制器的原子自旋多通道檢測方法的裝置，其特征在于，所述原子傳感模塊包括位于磁屏蔽系統內的堿金屬氣室，所述堿金屬氣室連接有光抽運系統。