[发明专利]基于电磁诱导透明效应测量高频微波场强的装置和方法

权利要求书

1.一种基于电磁诱导透明效应测量高频微波场强的装置，其特征在于，包括第一步激发激光器(1)、第二步激发激光器(2)以及内部充有样品原子蒸汽且外侧两端分别设有一个光纤耦合头的样品池(4)；第一步激发激光器(1)出射端通过光纤连接有光纤调制器(3)；光纤调制器(3)的出射端通过光纤与样品池(4)的一个光纤耦合头相连接；第二步激发激光器(2)的出射端通过光纤连接有光纤耦合/分束器(5)；光纤耦合/分束器(5)的一个出射端通过光纤与样品池(4)的另一个光纤耦合头相连接；光纤耦合/分束器(5)的另一个出射端通过光纤连接有光电探测器(8)；还包括参考信号源(6)，参考信号源(6)的一个信号输出端与光纤调制器(3)的信号输入端连接，参考信号源(6)的另一个信号输出端连接有数字锁相放大器(7)；光电探测器(8)的信号输出端也与数字锁相放大器(7)相连接；数字锁相放大器(7)的信号输出端连接有信号采集装置(9)；所述样品池(4)及两个光纤耦合头的结构设置能够确保两个光纤耦合头的光路共线；第一步激发激光器(1)出射的激发光中心波长与样品原子的基态和第一激发态的跃迁共振；第二步激发激光器(2)出射的激发光中心波长与样品原子的第一激发态到某个特定的里德堡态之间的跃迁共振；所述样品池(4)呈扁平结构且采用石英玻璃加工制成，两个光纤耦合头分别设在样品池(4)上表面的左右两侧，样品池(4)的上下内侧面镀宽带高反射率膜，使得激光在样品池(4)内获得多次反射，样品池(4)的上表面两侧光纤耦合头入射角度可调，可以使得两束光共线。

2.如权利要求1所述的基于电磁诱导透明效应测量高频微波场强的装置，其特征在于，样品池(4)内充有处于饱和蒸汽压的铯原子蒸汽；所述第一步激发光中心波长为852.36nm；所述第二步激发光中心波长为510nm。

3.采用如权利要求1所述的基于电磁诱导透明效应测量高频微波场强的装置测量高频微波场强的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、第一步激发激光器(1)输出的激发光首先进入光纤调制器(3)，被参考信号源(6)提供的参考信号调制，然后耦合入光纤，并经过样品池(4)上的第一光纤耦合头进入样品池(4)并作用在样品原子上；第一步激发光中心波长与样品原子的基态和第一激发态的跃迁共振，调节第一光纤耦合头的角度使得第一步激发光可以由第二光纤耦合头输出，再由光纤耦合/分束器(5)输出到光电探测器(8)；

(2)、第二步激发激光器(2)输出的激发光通过光纤耦合/分束器(5)进入样品池(4)上的第二光纤耦合头，扫描第二步激发光的波长，当波长共振在样品原子第一激发态到某个特定的里德堡态之间的共振跃迁处，则第二步激发光将被吸收；此时锁定第二步激发光的波长，扫描第一步激发激光器(1)的波长，通过光电探测器(8)可以获得相应电磁感应透明光谱信号；

(3)、当样品池(4)下表面接近待测微波场物体(10)表面时，由于微波场强的影响将导致样品原子的里德堡态发生转移行为，此时扫描第一步激发光频率，电磁感应透明光谱上将发生分裂：

式中Ω_RF为微波场的拉比频率,其正比于微波场的场强E；λ_τ，λ_p分别为第二激发光与第一激发光的波长；

(4)、光电探测器(8)将采集到的电信号送入数字锁相放大器(7)进行解调和放大，数据采集装置(9)就可以获得高灵敏高分辨的EIT光谱，并在相应软件的支持下，根据公式①计算得出待测微波场的信号强度E。

4.如权利要求3所述的测量高频微波场强的方法，其特征在于，样品池(4)内充有处于饱和蒸汽压的铯原子蒸汽；所述第一步激发光中心波长为852.36nm；所述第二步激发光中心波长为510nm。

5.如权利要求3或4所述的测量高频微波场强的方法，其特征在于，所述光电探测器(8)采用高灵敏光电探侧器。