[发明专利]一种电磁场空间分布测量方法及系统

说明书

本发明提供一种电磁场空间分布测量方法及系统，包括：获取各位置的位置参数，根据位置参数，获取与位置参数相应的空间坐标；接收里德堡原子探头在各位置处基于量子效应转换待测电磁场信号得到的光信号，并解析光信号将其还原为相应的电磁场参数；将各位置所对应的电磁场参数和空间坐标相结合，构建预设区域的电磁场空间分布，供输出。本发明可检测各位置的电磁场参数及空间坐标，将电磁场参数与空间坐标相结合，得到预设区域的电磁场空间分布，供用户查看。本发明最大程度地避免了电磁场空间测量系统对被测电磁场的干扰，使得能够实现对被测电磁场的高精度测量，可以方便的实现对电磁场空间分布进行高精度的测量及构建。

技术领域

本发明涉及一种电磁场的测量技术领域，特别是涉及一种电磁场空间分布测量方法及系统。

背景技术

处于里德堡激发态的原子被称为里德堡原子，这类原子具有极化率高、场电离阈值低和电偶极矩大的特点，对外部电磁场十分敏感。将里德堡原子封装于测量棒末端的小腔室内用于电磁场测量的装置被称为里德堡原子探头，里德堡原子探头内封装有小至微米尺寸的铷原子气体，可用于MHz到THz范围的电磁波的电磁场的强度、频率与方向等参数的精密测量。

里德堡原子探头基于其量子特性，可以用来进行高精度的电磁场测量，且其相比于传统的金属偶极天线探头具有对被测电磁场干扰小、不需要校准、探头尺寸小、测量频率范围广等优点。不但学术界已经对其进行了大量的研究，美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology，NIST)、中国国家计量院、广州省计量院等也正在进行利用里德堡原子探头做电磁场测量基准的探索。而美国的里德堡技术有限责任公司(Rydberg Technologies Inc.)和中国的瓦科光电等公司已推出了以其为基础的商业化产品。

现有技术中，使用里德堡原子探头做电磁场测量，一般是将里德堡原子探头手动放置在某一个固定的位置，对该位置的电磁场进行测量，再使用某种位置测量装置对探头位置进行测量。采用这种方案，不仅测量过程繁琐，也无法获得高精度的电磁场空间分布。

因此，如何设计一种集成里德堡原子探头与位置测量于一体的系统，同时获取电磁信号及位置信号，达到在一维，二维或三维(1D，2D，3D)空间对电磁场的空间分布进行高精度测量和重建，成为急需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电磁场空间分布测量方法及系统，用于解决现有技术中基于里德堡原子探头的电磁场测量，电磁信号及位置信号分开测量，导致测量过程繁琐，也无法获得高精度的电磁场空间分布的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电磁场空间分布测量方法，所述方法适用于里德堡原子探头，且所述里德堡原子探头可在预设区域内移动，包括：

获取各位置的位置参数，根据所述位置参数，获取与所述位置参数相应的空间坐标；

接收所述里德堡原子探头在各位置处基于量子效应转换待测电磁场信号得到的光信号，并解析所述光信号将其还原为相应的电磁场参数；

将所述空间坐标和各位置所对应的所述电磁场参数相结合，构建预设区域的电磁场空间分布，供输出。

于本发明的一实施例中，所述获取各位置的位置参数，根据所述位置参数，得到该位置的空间坐标包括：周期性发射脉冲激光到所述里德堡原子探头所处位置；其中，脉冲激光的发射位置在预设区域内，且是已知的；获取反射的脉冲光斑位置，计算所述反射的脉冲光斑位置与预设的标定点的偏离距离；根据所述偏离距离调整脉冲激光的发射角度，直至脉冲激光的发射光路与反射光路相平行；计算从发射脉冲激光到接收到反射的脉冲光斑的时间差，根据所述时间差及光速，获取脉冲激光的发射位置与所述里德堡原子探头的距离，根据所述距离及所述脉冲激光的发射角度，获取所述里德堡原子探头所在位置的空间坐标。