[发明专利]一种电场探测器

说明书

本申请公开了一种电场探测器，能够对两路激光器的偏振态进行控制，减小吸收峰提高信噪比。所述电场探测器包括半导体激光器、第一偏振片、原子气室、第二偏振片、分束器、光探测器、锁相放大器、信号发生器、偏振控制器、第三偏振片、调制器和耦合激光器。第一偏振片、原子气室、第二偏振片、分束器和光探测器设置在半导体激光器发射的第一光信号光路上。调制器、第三偏振片和偏振控制器设置在耦合激光器发射的第二光信号光路上。信号发生器连接锁相放大器和调制器。偏振控制器控制第二光信号经过第二偏振片进入原子气室。原子气室为碱金属气体与第一光信号和第二光信号相互作用和第一光信号在待测电场辐射下autler‑townes分裂提供场所。锁相放大器输出信号。

技术领域

本申请涉及电磁场领域，尤其涉及一种电场探测器。

背景技术

电磁场是物理的基本量之一，生活和工作中处处存在。电场的幅度在计量、通信、安全等众多领域都是需要准确测量的。目前电磁场强测量通常使用天线、电磁场探头等传统传感器设备，此类设备均存在一定的缺陷，而且这些设备准确测量电磁场强的溯源途径也存在一定的局限性。目前常用的电磁场探头及传感器可分为偶极子/检波二极管探头和热电偶型探头，场强测量幅度范围基本在1V/m～1300V/m区间内，这两种形式的场探头很难满足高灵敏度和高空间分辨率的测量需求。为了进行更高灵敏度的测量，集成光学技术开始应用于场传感器的研制中。如日本Tokin公司开发的OEFS-2，探测灵敏度为0.1～1mV/m，频率响应为20MHz～1GHz。另外，他们与英国国家物理实验室(NPL)合作，研制出OEFS-M型电场传感器，频率响应达到300MHz～8GHz，但这类电场传感器容易受到温度和环境的影响。近来研究较热的集成光波导LiNbO3电场传感器，这种高压电场传感器的衬底通常采用LiNbO3晶体，电极是普通推挽式结构，光波导结构为MZ干涉型和Y分支波导等。从目前的研究结果看，这类集成光波导电场传感器往往有较大的半波电压和电极电容，能承受数十到数百kV/m的电场，灵敏度不高，频率响应较低，在电力系统有着广泛的应用。无论是偶极子/检波二极管探头、热电偶型探头还是光电传感器，除了在使用时存在着一定的不足，在场强测量准确性溯源方面也存在一定的限制。近几年来，随着量子技术的发展，国际上开始尝试使用量子技术实现电磁场强的精确测量方法研究。与传统场强测量相比，量子场强传感器的场强测量原理基于外加电磁场与碱金属原子能级跃迁的关系，在原理上可以实现不同频段、不同强度的电磁场强测量，而且可以直接溯源到SI参数。提出了基于利用里德堡原子态在电场的相互作用下，EIT现象出现吸收峰，并利用该吸收峰的频率间隔和幅度进行电场探测的方法。由于该方法由于采用的两路激光器为自由运行，未对偏振态进行控制，探测电场的最小幅度约在在1mV/m。

本发明提出一种新型的电场探测器，所述电场探测器能够对两路激光器的偏振态进行控制，减小了EIT在电场作用下的吸收峰，提高了信噪比，扩大了能够检测的探测电场最小幅度范围。

发明内容

本申请实施例提供一种电场探测器，解决了现有技术信噪比低，能够探测电场的幅度范围小的问题。

所诉电场探测器包括半导体激光器、第一偏振片、原子气室、第二偏振片、分束器、光探测器、锁相放大器、信号发生器、偏振控制器、第三偏振片、调制器和耦合激光器。

所述第一偏振片、原子气室、第二偏振片、分束器和光探测器依次设置在所述半导体激光器发射的第一光信号的光路上。

所述调制器、第三偏振片和偏振控制器依次设置在所述耦合激光器发射的第二光信号的光路上。

所述信号发生器与所述锁相放大器和调制器连接。

所述偏振控制器，用于控制所述第二光信号的偏振态，使所述第二光信号经过所述第二偏振片进入所述原子气室。

所述原子气室内包括碱金属气体，外部接收待测电场辐射。