專利名稱：一種光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置及方法，可作為原子磁強(qiáng)計(jì)、原子自旋陀螺儀等儀器設(shè)備中對(duì)光偏振微小轉(zhuǎn)角的精密測(cè)量裝置及方法，同時(shí)還可用于磁光晶體維爾德系數(shù)等參數(shù)的精密測(cè)量。
背景技術(shù)：
基于Sagnac效應(yīng)的光纖陀螺儀利用兩束光相位差變化引起光學(xué)干涉信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)載體轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)的精密測(cè)量。目前光纖陀螺儀大都采用壓電陶瓷光纖相位調(diào)制器對(duì)光的相位進(jìn)行調(diào)制，由載體轉(zhuǎn)動(dòng)引起的兩束光的相移通過(guò)鎖相放大器模塊進(jìn)行提取，從而得到載體的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，即，利用光學(xué)干涉通過(guò)調(diào)制光的相位來(lái)檢測(cè)光相位的變化。最近興起的原子磁強(qiáng)計(jì)及原子自旋陀螺儀主要通過(guò)檢測(cè)線偏振態(tài)檢測(cè)光振動(dòng)方向的微小轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方法主要包括:法拉第調(diào)制檢測(cè)方法、光彈性調(diào)制檢測(cè)方法、偏振分光棱鏡差分檢測(cè)方法。與光彈性調(diào)制檢測(cè)方法和偏振分光棱鏡差分檢測(cè)方法相比，法拉第調(diào)制檢測(cè)方法擁有更高的檢測(cè)靈敏度，因此在原子磁強(qiáng)計(jì)及原子自旋陀螺儀等精密測(cè)量?jī)x器中有著極其重要而又廣泛的應(yīng)用。常用的法拉第調(diào)制檢測(cè)方法通常僅采用一束線偏振態(tài)的檢測(cè)光進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)法拉第調(diào)制器調(diào)制檢測(cè)光的振動(dòng)方向?qū)崿F(xiàn)由原子引起其振動(dòng)方向微小轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)量，即，通過(guò)調(diào)制光的振動(dòng)方向來(lái)檢測(cè)光振動(dòng)方向的微小變化。為實(shí)現(xiàn)高靈敏的磁場(chǎng)與慣性測(cè)量，在目前原子磁強(qiáng)計(jì)及原子自旋陀螺儀的科學(xué)研究中檢測(cè)光的光強(qiáng)通常都比較弱，而且通常僅采用一束線偏振光進(jìn)行檢測(cè)，并沒(méi)有采用光纖陀螺儀中通過(guò)兩束光的光學(xué)干涉加以測(cè)量的方案，導(dǎo)致有用的檢測(cè)信號(hào)部分比較弱，這在一定程度上限制了其檢測(cè)靈敏度的進(jìn)一步提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)解決問(wèn)題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置及方法，其在現(xiàn)有法拉第調(diào)制檢測(cè)方法基礎(chǔ)之上，結(jié)合光學(xué)干涉現(xiàn)象可增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)一束比檢測(cè)光光強(qiáng)更強(qiáng)的參考光與其的光學(xué)干涉作用，可顯著提高有用光學(xué)信號(hào)的強(qiáng)度，解決因檢測(cè)信號(hào)光強(qiáng)較弱限制高靈敏磁場(chǎng)與慣性測(cè)量靈敏度進(jìn)一步提高的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)原子磁強(qiáng)計(jì)、原子自旋陀螺儀等儀器中對(duì)光偏振微小轉(zhuǎn)角的精密測(cè)量。本發(fā)明的第一目的是提供一種光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置，第二目的是提供一種前述裝置的具體檢測(cè)方法。為本發(fā)明的第一目的而米用的技術(shù)方案如下:一種光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置，包括激光器1、分束器2、第一二分之一波片3、第一反射鏡4、第一起偏器5、旋光介質(zhì)6、消偏振分光棱鏡7、檢偏器8、光電探測(cè)器9、數(shù)字處理器10、光偏振方向調(diào)制組件11、第二起偏器12、第二二分之一波片13和第二反射鏡14 ;第一起偏器5放置在第一反射鏡4的后側(cè)，第二起偏器12放置在第二反射鏡14的后側(cè)，第一起偏器5和第二起偏器12的透光方向均與檢偏器8的透光方向垂直；消偏振分光棱鏡7是反射率/透射率為50/50的消偏振分光棱鏡；分束器2、第一二分之一波片3、第一起偏器5、第二二分之一波片13與第二起偏器12配合使用以調(diào)節(jié)第一光束、第三光束的光強(qiáng)，同時(shí)需保證第三光束的光強(qiáng)大于第一光束的光強(qiáng)；激光器1產(chǎn)生的光束經(jīng)分束器2分成兩束光，其中一束光經(jīng)第一二分之一波片3、第一反射鏡4、第一起偏器5后變?yōu)榈谝还馐?第一光束經(jīng)過(guò)旋光介質(zhì)6后其偏振方向會(huì)附加一微小轉(zhuǎn)角，之后經(jīng)消偏振分光棱鏡7、檢偏器8變?yōu)榈诙馐?另外一束光經(jīng)第二反射鏡14、第二二分之一波片13、第二起偏器12后變?yōu)榈谌馐?第三束光經(jīng)光偏振方向調(diào)制組件11、消偏振分光棱鏡7、檢偏器8變?yōu)榈谒墓馐诙馐偷谒墓馐鵀閮墒缮婀馐?，二者合成一束光進(jìn)入光電探測(cè)器9，干涉光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)器9轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，光偏振微小轉(zhuǎn)角的變化會(huì)引起電信號(hào)中與光偏振方向調(diào)制組件11調(diào)制頻率一致的一次諧波信號(hào)強(qiáng)度的變化，數(shù)字處理器10的鎖相放大器模塊用于對(duì)電信號(hào)中頻率為ω、2ω的一次諧波信號(hào)Su、二次諧波信號(hào)S2u進(jìn)行提取，并通過(guò)以下兩種方案之一計(jì)算光偏振微小轉(zhuǎn)角
權(quán)利要求
1.一種光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置，其特征在于:包括激光器(I)、分束器(2)、第一二分之一波片(3)、第一反射鏡(4)、第一起偏器(5)、旋光介質(zhì)(6)、消偏振分光棱鏡(7)、檢偏器(8)、光電探測(cè)器(9)、數(shù)字處理器(10)、光偏振方向調(diào)制組件(11)、第二起偏器(12)、第二二分之一波片(13)和第二反射鏡(14);第一起偏器(5)放置在第一反射鏡(4)的后側(cè)，第二起偏器(12)放置在第二反射鏡(14)的后側(cè)，第一起偏器(5)和第二起偏器(12)的透光方向均與檢偏器(8)的透光方向垂直；消偏振分光棱鏡(7)是反射率/透射率為50/50的消偏振分光棱鏡；分束器(2)、第一二分之一波片(3)、第一起偏器(5)、第二二分之一波片(13)與第二起偏器(12)配合使用以調(diào)節(jié)第一光束、第三光束的光強(qiáng)，同時(shí)需保證第三光束的光強(qiáng)大于第一光束的光強(qiáng)；激光器(I)產(chǎn)生的光束經(jīng)分束器(2)分成兩束光，其中一束光經(jīng)第一二分之一波片(3)、第一反射鏡(4)、第一起偏器(5)后變?yōu)榈谝还馐?第一光束經(jīng)過(guò)旋光介質(zhì)(6)后其偏振方向會(huì)附加一微小轉(zhuǎn)角,之后經(jīng)消偏振分光棱鏡(7)、檢偏器(8)變?yōu)榈诙馐?另外一束光經(jīng)第二反射鏡(14)、第二二分之一波片(13)、第二起偏器(12)后變?yōu)榈谌馐?第三束光經(jīng)光偏振方向調(diào)制組件(11 )、消偏振分光棱鏡(7)、檢偏器(8)變?yōu)榈谒墓馐?，第二光束和第四光束為兩束干涉光束，二者合成一束光進(jìn)入光電探測(cè)器(9)，干涉光強(qiáng)信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)器(9)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，光偏振微小轉(zhuǎn)角的變化會(huì)引起電信號(hào)中與光偏振方向調(diào)制組件(11)調(diào)制頻率一致的一次諧波信號(hào)強(qiáng)度的變化，數(shù)字處理器(10)的鎖相放大器模塊用于對(duì)電信號(hào)中頻率為的一次諧波信號(hào)Su、二次諧波信號(hào)S2u進(jìn)行提取，并通過(guò)以下兩種方案之一計(jì)算光偏振微小轉(zhuǎn)角$ ' 9 = ^.....j== (Is為第一光束的光強(qiáng)，或￠ = 1 , f其中Qtl為預(yù)先標(biāo)定好的微小轉(zhuǎn)角，Stl為其對(duì)應(yīng)的一次諧波信號(hào) 幅值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置，其特征在于:所述分束器(2)為消偏振分光棱鏡、偏振分光棱鏡或者其它具有分光功能的光學(xué)器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置，其特征在于:所述旋光介質(zhì)(6)為使線偏振光偏振方向產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的媒介。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)裝置，其特征在于:所述光偏振方向調(diào)制組件(11)是法拉第調(diào)制器或電光調(diào)制器等對(duì)線偏振光振動(dòng)方向進(jìn)行調(diào)制的器件。
5.一種光偏振微小轉(zhuǎn)角的光學(xué)干涉檢測(cè)方法，其特征在于:通過(guò)以下兩種計(jì)算光偏振微小轉(zhuǎn)角的方案之一來(lái)實(shí)現(xiàn): (I)采用第一種方案計(jì)算光偏振微小轉(zhuǎn)角e的步驟如下: A.微調(diào)第一光束、第三光束的有效光程，使得檢偏器(8)后的光強(qiáng)信號(hào)最強(qiáng)； B.測(cè)量第一光束的光強(qiáng)Is； C.用數(shù)字處理器(10)的鎖相放大器模塊提取電信號(hào)中頻率為的一次諧波信號(hào)Su、二次諧波信號(hào)S2u ； D.計(jì)算光偏振微小轉(zhuǎn)角:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光偏振方向調(diào)制組件與光學(xué)干涉相結(jié)合來(lái)對(duì)光偏振微小轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測(cè)的裝置及方法。激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)分束器、起偏器后變成兩束線偏振光，其中一束光經(jīng)過(guò)旋光介質(zhì)后其偏振方向會(huì)附加微小轉(zhuǎn)角，另一束光經(jīng)光偏振方向調(diào)制組件后其偏振方向被調(diào)制，之后兩束光經(jīng)消偏振分光棱鏡及檢偏器變成兩束相干光束，進(jìn)入光電探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，數(shù)字處理器用于對(duì)電信號(hào)中與調(diào)制組件調(diào)制頻率一致的一次諧波及其二次諧波信號(hào)進(jìn)行提取計(jì)算，實(shí)現(xiàn)光偏振微小轉(zhuǎn)角的測(cè)量。本發(fā)明將光偏振方向調(diào)制檢測(cè)方法與光學(xué)干涉相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)光偏振微小轉(zhuǎn)角信號(hào)的光學(xué)放大，可用于原子自旋磁強(qiáng)計(jì)、原子自旋陀螺儀等儀器對(duì)光偏振微小轉(zhuǎn)角的精密測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J4/04GK103162836SQ20131008464
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者房建成, 李茹杰, 胡朝暉, 萬(wàn)雙愛(ài), 陳瑤, 全偉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)