[发明专利]基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测方法及装置，该方法包括：加热原子气室；驱动激光射入原子气室以对原子气室内的原子进行极化；频率综合器产生低频信号，低频信号经放大驱动后对驱动激光或检测激光进行强度调制；分光棱镜将线偏振面转动激光转变为具有光强变化的二束光，光电探测器根据二束光获取光强变化信号；光电探测器将光强变化信号输入到锁相放大器中，锁相放大器输出解调信号并通过闭环反馈控制频率综合器的输出频率，根据频率综合器的输出频率与原子气室内碱金属原子的旋磁比的比值获取原子的自旋进动信息。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中检测系统的1/f噪声较大导致的原子系综的操控精度差的技术问题。

技术领域

本发明涉及原子陀螺、原子磁强计技术领域，尤其涉及一种基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测方法及装置。

背景技术

原子自旋进动的检测最终可以映射为线偏振检测激光的偏振面转角检测。差分偏振法具有结构简单、易于实现的优点，是量子传感器如原子陀螺、原子磁强计实现小型化较好的技术途径。但是，由于缺乏调制作用，当待测原子自旋进动为低频信号时，检测系统的1/f等噪声较大，系统的信噪比较差。一般采用磁场调制抑制1/f等噪声影响，磁场调制会引入磁场噪声，不利于原子陀螺、原子磁强计精度的进一步提升。

发明内容

本发明提供了一种基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测方法及装置，能够解决现有技术中检测系统的1/f噪声较大导致的原子系综的操控精度差的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测方法，基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测方法包括：加热原子气室；驱动激光沿第一方向经光场调制器射入原子气室以对原子气室内的原子进行极化，检测激光沿第二方向射入原子气室以产生线偏振面转动激光，第一方向与第二方向相垂直；锁相放大器内部的频率综合器产生低频信号，低频信号经放大驱动后对驱动激光或检测激光进行强度调制；分光棱镜将线偏振面转动激光转变为具有光强变化的二束光，光电探测器根据二束光获取光强变化信号；光电探测器将光强变化信号输入到锁相放大器中，锁相放大器输出解调信号并通过闭环反馈控制频率综合器的输出频率以使解调信号处于最大值和最小值之间的零点，根据解调信号处于最大值和最小值之间的零点时所对应的频率综合器的输出频率与原子气室内碱金属原子的旋磁比的比值获取原子的自旋进动信息。

进一步地，检测激光沿第二方向射入原子气室以产生线偏振面转动激光具体包括：检测激光沿第二方向射入起偏器进行起偏，起偏后的检测激光射入原子气室以产生线偏振面转动激光。

进一步地，驱动激光的光源波长为铯原子的电子自旋的D1线，检测激光的光源波长为铯原子的电子自旋的D2线并失谐于铯原子基态塞曼跃迁频率 0.2nm。

进一步地，光电探测器包括差分平衡探测器。

进一步地，原子气室包括惰性气体核自旋原子、碱金属原子和辅助功能气体原子；或原子气室包括碱金属原子和辅助功能气体原子。

进一步地，惰性气体核自旋原子包括氦3、氖21、氪83、氙129、氙131 中的两种，碱金属原子包括钾、铷或铯。

根据本发明的又一方面，提供了一种基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测装置，基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测装置使用如上所述的基于光场调制的高灵敏原子自旋进动检测方法进行原子自旋进动检测。

进一步地，高灵敏原子自旋进动检测装置包括驱动光源、光场调制器、原子气室、检测光源、分光棱镜、光电探测器、锁相放大器和起偏器，驱动光源用于发出驱动激光并通过驱动激光对原子气室内的原子进行极化，光场调制器用于对驱动激光的强度进行调制，检测光源用于发出检测激光并射入原子气室以产生线偏振面转动激光，起偏器用于对检测激光进行起偏，分光棱镜用于将线偏振面转动激光转变为具有光强变化的二束光，光电探测器用于根据二束光获取光强变化信号，锁相放大器用于根据光强变化信号输出解调信号并通过闭环反馈控制频率综合器的输出频率。