[发明专利]基于里德堡原子的便携式微波电场测量装置

权利要求书

1.一种基于里德堡原子的便携式微波电场测量装置，其特征在于：包括第一激光器(1)、第一光纤偏振器(3)、第一光纤接口(5)、第一GRIN透镜(7)、第二激光器(2)、第二光纤偏振器(4)、第二光纤接口(6)、第二GRIN透镜(8)、超表面结构(9)、光电探测器(10)、真空碱金属原子气室(11)，第一激光器(1)和第一光纤偏振器(3)之间、第一光纤偏振器(3)和第一光纤接口(5)之间、第二激光器(2)和第二光纤偏振器(4)之间、第二光纤偏振器(4)和第二光纤接口(6)之间均通过光纤连接，第一光纤接口(5)、第二光纤接口(6)、第一GRIN透镜(7)、第二GRIN透镜(8)、超表面结构(9)均集成在真空碱金属原子气室(11)的玻璃侧壁上，其中第一光纤接口(5)位于真空碱金属原子气室(11)面向第一光纤偏振器(3)所在方向的外侧玻璃壁的外表面，第一GRIN透镜(7)与第一光纤接口(5)就该外侧玻璃壁的外表面成镜像分布；第二光纤接口(6)位于真空碱金属原子气室(11)面向第二光纤偏振器(4)所在方向的外侧玻璃壁的外表面，第二GRIN透镜(8)与第二光纤接口(6)就该外侧玻璃壁的外表面成镜像分布；超表面结构(9)位于真空碱金属原子气室(11)面向第二光纤偏振器(4)所在方向的内侧玻璃壁；所述第一激光器(1)用于产生探测光；所述第二激光器(2)用于产生耦合光；所述第一光纤偏振器(3)和第二光纤偏振器(4)分别作为第一激光器(1)和第二激光器(2)产生的光的起偏元件，将光转换为垂直极化的线偏振光；所述第一光纤接口(5)用于将光纤中的探测光引入第一GRIN透镜(7)中；所述第二光纤接口(6)用于将光纤中的耦合光引入第二GRIN透镜(8)中；所述第一GRIN透镜(7)用于探测光的准直和扩束，调节探测光至原子气室所需的状态；所述第二GRIN透镜(8)用于耦合光的准直和扩束，调节探耦合光至原子气室所需的状态；所述超表面结构(9)用于探测光和耦合光的不同折射，对耦合光的偏折忽略不计而对探测光的偏折大；所述真空碱金属原子气室(11)用于储存碱金属原子蒸汽；第一激光器(1)产生的探测光经过第一光纤起偏器(3)、第一光纤接口(5)进入第一GRIN透镜(7)，然后进入真空碱金属原子气室(11)内部，将碱金属原子最外层电子由基态|1激发至中间态|2，然后经过超表面结构(9)发生异常偏折后进入光电探测器(10)；第二激光器(2)产生的耦合光经过第二光纤起偏器(4)、第二光纤接口(6)进入第二GRIN透镜(8)，然后经超表面结构(9)进入真空碱金属原子气室(11)内部，将碱金属原子最外层电子由中间态|2激发至里德堡态|3，产生EIT现象，探测光的透射增强，如果此时存在微波电场，那么探测光的透射峰会出现EIT-AT现象；所述光电探测器(10)用于探测探测光因EIT-AT效应而产生的两透射峰之间的分裂宽度，根据光电探测器(10)探测到的探测光透射峰的分裂宽度即可计算出微波电场的电场强度；

所述微波电场的电场强度的计算公式如下：其中，为约化普朗克常数，Δυ为EIT-AT透射峰的分裂宽度，μ为里德堡原子微波跃迁的跃迁偶极矩。

2.一种根据权利要求1所述基于里德堡原子的便携式微波电场测量装置，其特征在于：所述第一激光器(1)为光纤激光器，产生的探测光中心波长为852nm。

3.一种根据权利要求1所述基于里德堡原子的便携式微波电场测量装置，其特征在于：所述第二激光器(2)为光纤激光器，产生的耦合光中心波长为510nm。

4.一种根据权利要求1所述基于里德堡原子的便携式微波电场测量装置，其特征在于：所述第一光纤偏振器(3)为光纤偏振控制器FPC563，工作波长780-970nm。

5.一种根据权利要求1所述基于里德堡原子的便携式微波电场测量装置，其特征在于：所述第二光纤偏振器(4)为光纤偏振控制器CPC250，对波长变化、振动和光纤种类不敏感。

6.一种根据权利要求1所述基于里德堡原子的便携式微波电场测量装置，其特征在于：所述第一光纤接口(5)、第二光纤接口(6)均为FC/PC接口，通过胶合的方式加工在真空碱金属原子气室(11)外侧壁的外表面。