[发明专利]基于三重谐振的光学谐振腔交变磁场传感系统及使用方法

权利要求书

1.基于三重谐振的光学谐振腔交变磁场传感系统，包括可调谐激光器(1)、衰减器(2)、偏振控制器(3)、光纤锥(4)、磁场传感单元(5)、光电探测器(6)、偏置器(7)、示波器(8)、分束器(9)、电学频谱分析仪(10)、第一网络分析仪(11)、第二网络分析仪(12)、信号发生器(13)、直流磁场(14)、线圈(15)、钇铁石榴石球形腔(16)、微波谐振腔(17)、支架(18)、紫外胶水(19)和比例-积分-微分控制器(20)；

其特征在于：信号发生器(13)输出两通道信号，第一通道的信号一路发送到可调谐激光器(1)的电压调谐端，使调谐激光器(1)开始输出扫频光信号；第一通道的信号的另一路送到示波器(8)；信号发生器(13)第二通道的信号送入线圈(15)，用于产生校准的单频磁场；可调谐激光器(1)的光出射端与衰减器(2)的输入端连接，衰减器(2)的输出端与偏振控制器(3)的输入端连接，偏振控制器(3)输出端接磁场传感单元(5)，所述的磁场传感单元(5)包括光纤锥(4)、钇铁石榴石球形腔(16)、微波谐振腔(17)、支架(18)和紫外胶水(19)；光纤锥(4)与偏振控制器(3)输出端连接，光纤锥(4)输出的光场通过倏逝波耦合的方式进入YIG球形腔(16)内，YIG球形腔(16)内光场经过光纤锥(4)耦合输出至光电探测器(6)的接收端，光电探测器(6)输出的信号进入偏置器(7)，偏置器(7)将输入的信号分为直流和交流两部分；其中直流信号被送入到示波器(8)中，交流信号则进入分束器(9)中分别送入电学频谱分析仪(10)和第一网络分析仪(11)中；比例-积分-微分控制器(20)的输出端接可调谐激光器(1)的电压调谐端，光电探测器(6)的输出信号端接比例-积分-微分控制器(20)；第二网络分析仪(12)的输出端接微波谐振腔(17)；

可调谐激光器(1)、衰减器(2)、偏振控制器(3)、光纤锥(4)、光电探测器(6)之间的连接均采用光纤连接；光电探测器(6)与偏置器(7)，偏置器(7)与示波器(8)，信号发生器(13)与示波器(8)，信号发生器(13)与可调谐激光器(1)，偏置器(7)与分束器(9)，分束器(9)与电学频谱分析仪(10)，分束器(9)与第一网络分析仪(11)，第一网络分析仪(11)与线圈(15)，信号发生器(13)与线圈(15)之间均使用电学线缆连接，PID控制器(20)与可调谐激光器(1)、PID控制器(20)与示波器(8)、PID控制器(20)与探测器(6)之间均使用电学线缆连接；所述的直流磁场(14)与线圈(15)设置在磁场传感器(5)的两侧，直流磁场(14)利用直流磁铁产生或通过线圈(15)外接电流源、电压源获得；直流磁场(14)能调谐钇铁石榴石球形腔(16)的铁磁共振频率，使钇铁石榴石球形腔(16)的铁磁共振频率和力学模式频率相同以便产生谐振；线圈(15)分别与信号发生器(17)、第一网络分析仪(11)互连得到用于系统校准单频和某频带内的交流磁场，进而标定磁场传感单元(5)的交变磁场传感性能；

磁场传感单元(5)中的钇铁石榴石球形腔(16)和支架(18)之间通过紫外胶水(19)粘结在一起，同时支架(18)和微波谐振腔(17)之间也用紫外胶水(19)进行固定；钇铁石榴石球形腔(16)和光纤锥(4)通过倏逝波进行耦合，微波谐振腔(17)的两侧各开一个小孔，让光纤锥(4)的两端通过以连接外界光路；所述的钇铁石榴石球形腔(16)处于微波谐振腔内微波场的最大处，使得微波谐振腔内的光子模式和钇铁石榴石球晶体的磁振子模式之间有着最高的空间重叠，从而实现高灵敏度的磁场探测。

2.根据权利要求1所述的基于三重谐振的光学谐振腔交变磁场传感系统，其特征在于：所述的微波谐振腔(17)，为矩形腔或圆柱腔，微波谐振腔(17)的模式设置为基模，其谐振频率应保证所激发的钇铁石榴石球形腔(16)的铁磁共振频率与钇铁石榴石球形腔(16)的力学模式相同。

3.根据权利要求1所述的基于三重谐振的光学谐振腔交变磁场传感系统，其特征在于：所述的第二网络分析仪产生微波谐振腔(17)的激励。

4.根据权利要求1所述的基于三重谐振的光学谐振腔交变磁场传感系统，其特征在于：所述的钇铁石榴石球形腔(16)的直径为50-1000微米，所述的支架(18)为石英光纤支架。