[發明專利]一種堿金屬原子自旋全光學控制系統及探測方法

有效

• 申請號: 202110144549.8
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112946541B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 徐馥芳;李瑩穎;馬明祥;謝玉波;萬伏彬;汪杰;羅玉昆
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;張勇

1.一種堿金屬原子自旋全光學控制系統，其特征在于，包括泵浦光路模塊(1)、探測光路模塊(2)、光調制模塊(3)、原子氣室(4)、溫度控制模塊(5)和信號分析顯示模塊(6)；

所述光調制模塊(3)用于產生堿金屬原子自旋極化調控信號、堿金屬原子自旋共振激勵信號和堿金屬原子自旋檢測調控信號，其包括泵浦光調制元件(301)、泵浦光調制控制器(302)、探測光調制元件(303)和探測光調制控制器(304)；所述泵浦光調制控制器(302)的輸出端與泵浦光調制元件(301)相連，用于產生泵浦光調制元件(301)的驅動信號；所述探測光調制控制器(304)的輸出端與探測光調制元件(303)相連，用于產生探測光調制元件(303)的驅動信號；

所述泵浦光路模塊(1)用于產生泵浦激光極化原子氣室(4)中的堿金屬原子介質，其包括泵浦激光控制器(101)、泵浦激光器(102)、第一分光片(103)、第一二分之一波片(104)、第一偏振分光鏡(105)、第一光電探測器(106)、反射鏡(107)、第一擴束鏡(108)、第一起偏器(109)和四分之一波片(110)；所述泵浦激光器(102)用于發射泵浦激光；所述第一分光片(103)用于將泵浦激光分為泵浦光第一光束(1A)和泵浦光第二光束(1B)；所述泵浦激光控制器(101)設置在泵浦光第一光束(1A)的光路上并用于實現對泵浦激光器(102)的泵浦激光頻率的選擇及鎖定；所述泵浦光調制元件(301)和第一二分之一波片(104)順次設置在泵浦光第二光束(1B)的光路上；所述第一偏振分光鏡(105)用于將泵浦光第二光束(1B)分為泵浦光第三光束(1C)和泵浦光主光束(1D)，且所述第一二分之一波片(104)位于泵浦光調制元件(301)和第一偏振分光鏡(105)之間，所述第一二分之一波片(104)用于調整泵浦光第三光束(1C)和泵浦光主光束(1D)的光功率；第一光電探測器(106)用于接收探測泵浦光第三光束(1C)；所述反射鏡(107)、第一擴束鏡(108)、第一起偏器(109)和四分之一波片(110)順次設置在泵浦光主光束(1D)的光路上，反射鏡(107)用于調整泵浦光主光束(1D)行進的方向，所述第一擴束鏡(108)用于擴大泵浦光主光束(1D)的光斑尺寸，所述第一起偏器(109)和四分之一波片(110)用于調整進入原子氣室(4)的泵浦光主光束(1D)的偏振狀態；

所述探測光路模塊(2)用于產生探測激光，所述探測激光經過原子氣室(4)中的堿金屬原子介質實現磁場信號探測，其包括探測激光控制器(201)、探測激光器(202)、第二分光片(203)、第二二分之一波片(204)、第二偏振分光鏡(205)、第二光電探測器(206)、第二擴束鏡(207)、第二起偏器(208)、聚焦透鏡(209)、第三二分之一波片(210)、沃拉斯頓棱鏡(211)和平衡探測器(212)；所述探測激光器(202)發射探測激光，第二分光片(203)用于將探測激光分為探測光第一光束(2A)和探測光第二光束(2B)；所述探測激光控制器(201)設置在探測光第一光束(2A)的光路上并用于實現對探測激光器(202)的探測激光頻率的選擇及鎖定；所述探測光調制元件(303)和第二二分之一波片(204)順次設置在探測光第二光束(2B)的光路上，所述第二偏振分光鏡(205)用于將探測光第二光束(2B)分為探測光第三光束(2C)和探測光主光束(2D)，且所述第二二分之一波片(204)位于探測光調制元件(303)和第二偏振分光鏡(205)之間，用于調整探測光第三光束(2C)和探測光主光束(2D)的光功率；所述第二光電探測器(206)用于接收探測光第三光束(2C)；所述第二擴束鏡(207)和第二起偏器(208)順次設置在探測光主光束(2D)的光路上，所述第二擴束鏡(207)用于擴大探測光主光束(2D)的光斑尺寸，所述第二起偏器(208)用于調整進入原子氣室的探測光主光束(2D)的偏振狀態；所述聚焦透鏡(209)用于匯聚經過原子氣室(4)的探測光主光束(2D)，探測光主光束(2D)經過第三二分之一波片(210)和沃拉斯頓棱鏡(211)后被平衡探測器(212)接收，所述第三二分之一波片(210)、沃拉斯頓棱鏡(211)和平衡探測器(212)用于檢測探測光主光束(2D)偏振方向的變化；

所述溫度控制模塊(5)用于控制原子氣室(4)的溫度；

所述信號分析顯示模塊(6)用于控制光調制模塊的驅動信號和解算探測得到磁場信號，其分別連接泵浦光調制控制器(302)、探測光調制控制器(304)、第一光電探測器(106)、第二光電探測器(206)以及平衡探測器(212)。