[发明专利]磁场强度测量装置及方法

说明书

一种磁场强度测量装置和测量方法，其中测量装置包括：激光器，用于产生激光光束；第一偏振组件，供激光光束通过，形成45度偏振的线性偏振光；Sagnac干涉仪，用于供所述线性偏振光射入形成干涉；第二偏振组件，从Sagnac干涉仪射出的干涉光进入该第二偏振组件后形成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；铷原子蒸气室，配置为位于待测磁场强度的磁场中，用于供由第二四分之一波片射出的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光通过；第一偏振分束器，供从铷原子蒸气室射出的偏振光通过；摄像机，检测从偏振分数器射出的偏振光所形成的干涉图案。本发明了提供的磁场强度测量装置利用轨道角动量对称光束来精确测量弱磁场强度。

技术领域

本发明涉及磁场测量领域，进一步涉及一种磁场强度的测量装置及方法。

背景技术

科学家们发现携带螺旋位相的空间光场具有特定的轨道角动量。随着进一步的发展，具有轨道角动量的光场在理论上是可以携带比特信息，由于轨道角动量内禀的无限维希尔伯特空间，大大增加了经典和量子光通信的通信容量。此外，螺旋光束与物质之间的相互作用产生了光学镊子和光学扳手等工具，最近已经开发了基于轨道角动量光的高精度测量的各种办法。

这里设计了一种基于轨道角动量光场来测量磁场强度的方法，利用轨道角动量的对称光束和外加磁场的铷原子蒸气进行组合，通过之后产生的扇形干涉图案的旋转来测量磁场强度。改变磁场强度的大小可以产生可观测的干涉图像的旋转，利用这种方法，可以精确的测量弱磁场的磁场强度，为磁场强度的测量提供了一种新的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁场强度的测量装置，以及采用该测量装置测量磁场强度的方法。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种磁场强度测量装置，包括：

激光器，用于产生激光光束；

第一偏振组件，供激光光束通过，形成45度偏振的线性偏振光；

Sagnac干涉仪，用于供所述线性偏振光射入形成干涉；

第二偏振组件，从Sagnac干涉仪射出的干涉光进入该第二偏振组件后形成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；

铷原子蒸气室，配置为位于待测磁场强度的磁场中，用于供由第二四分之一波片射出的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光通过；

第一偏振分束器，供从铷原子蒸气室射出的偏振光通过；

摄像机，检测从偏振分数器射出的偏振光所形成的干涉图案。

在进一步的方案中，所述第一偏振组件包括第一四分之一波片和二分之一波片，按照光路顺序依次设置第一四分之一波片和二分之一波片。

在进一步的方案中，所述第二偏振组件包括第二四分之一波片。

在进一步的方案中，所述Sagnac干涉仪包括：第一偏振分束器，使线性偏振光的水平和竖直的偏振分量穿过螺旋相位板后获得不同的轨道角动量；多个反射镜形成的环路，用于调整水平和竖直的偏振分量光路路线；相位片，设置于Sagnac环路上，用于给水平和竖直的偏振光加载不同的螺旋相位。

在进一步的方案中，所述摄像机还用于监测在待测测长强度变化时的干涉图样缓慢旋转角度。

在进一步的方案中，所述铷原子蒸气室配置为与待测磁场方向相平行。

根据本发明的另一方面，提供一种应用以上任一所述的装置进行磁场测量的方法，包括：

采用所述装置构建测量光路，其中使铷原子蒸气室位于待测磁场强度的磁场中，待测磁场与铷原子蒸气室轴线平行；