[发明专利]一种基于光学空间互易性的共模差分检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于光学空间互易性的共模差分检测装置及方法，该发明涉及一种利用空间光学互易性的检测系统消除光路中因环境波动引起的共模误差的方法。该方法将检测激光分为传播路径及光学特性相同的两束，沿相对方向同时入射极化碱金属气室样品，检测透过的两路光强信号，经过差分处理后可将光学器件等因外界环境波动产生的共模误差消除，并得到两倍的待测旋光角信号。本发明基于互易性原理可以从整体上消除光学器件等引入的偏振波动等共模误差，显著提高系统的长期稳定性，可用于原子磁强计、原子陀螺仪、光学精密测量等对微弱旋光角测量的系统及装置。

技术领域

本发明涉及差分检测的技术领域，具体涉及一种基于光学空间互易性的共模差分检测装置及方法，可用于原子磁强计、原子陀螺仪等仪器设备中对旋光角的精密测量。

背景技术

偏振分光棱镜差分检测方法作为高精度的旋光角测量方法，与光弹调制检测方法、法拉第调制器检测方法等相比，其体积更小，结构方便简单，因此在原子磁强计及原子陀螺仪等精密测量仪器小型化中有着重要的应用前景。但偏振分光棱镜差分检测方法缺乏调制，其更易受外界环境影响从而产生偏振误差。传统的偏振分光棱镜差分检测方法并没有消除这些偏振误差，而是都等效的叠加在了所需要测量的旋光角上。因此，光学器件受外界环境影响产生的偏振变化影响了偏振分光棱镜差分检测方法对微小转角的测量精度，这极大限制其在原子磁强计及原子自旋陀螺仪等精密测量中的应用。对于追求长期稳定性性能指标的原子自旋陀螺仪，这一问题表现得尤为突出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有偏振分光棱镜差分检测方法的不足，提出一种基于光学空间互易性的共模差分检测装置及方法。该装置通过采用两束光对射的方法，得到两路关于旋光角的信号，通过做差的方式来消除因外界环境波动影响而引入的旋光角的测量误差，实现原子磁强计、原子陀螺仪等仪器中对旋光角的精密测量。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于光学空间互易性的共模差分检测装置，该装置包括准直检测激光源、光功率稳定模块、光纤分束器、第一准直器、第一起偏器、第一偏振分光棱镜、待测样品、三维线圈、1/2波片、第二偏振分光棱镜、第二起偏器、第二准直器、第一光电探测器、第二光电探测器和信号采集与处理单元；其中，准直检测激光源出射的光束进入光功率稳定模块；经过稳功率后的光束由光纤分束器分成功率相等的两束光，其中，第一束依次经过第一准直器、第一起偏器、第一偏振分光棱镜、待测样品、1/2波片、第二偏振分光棱镜、第二光电探测器；第二束依次经过第二准直器、第二起偏器、第二偏振分光棱镜、1/2波片、待测样品、第一偏振分光棱镜、第一光电探测器；所述的第一光电探测器和第二光电探测器的输出端连接到信号采集与处理单元。

所述的第一起偏器和第二起偏器均为高消光比的格兰泰勒棱镜，其透光轴沿x轴方向；第一偏振分光棱镜的偏振轴与第一起偏器的透光轴平行；第二偏振分光棱镜的偏振轴与第二起偏器的透光轴平行；1/2波片的光轴与第一偏振分光棱镜的偏振轴方向和第二偏振分光棱镜的偏振轴方向均呈45°夹角；三维线圈对待测样品提供不同方位的磁场补偿。

利用所述的基于光学空间互易性的共模差分检测装置来消除因外界环境波动影响引起的旋光角测量误差，具体步骤如下：

步骤(1)、准直检测激光源出射的光束经过光功率稳定模块进行功率稳定控制，之后进入光纤分束器；