[发明专利]一种基于电光调制的原子自旋进动检测方法及装置

摘要

本发明涉及一种基于电光调制的原子自旋进动检测方法及装置，利用处于无自旋交换弛豫(Spin‑Exchange Relaxation Free,SERF)态的碱金属原子感应外界磁场或角速率，产生原子自旋拉莫尔进动，采用电光调制器对检测激光进行电光调制，通过光电探测器检测输出光强和锁相放大器解调得到输出光强一倍频信号强度，最终由信号采集处理电路测得原子自旋进动信号，进而能够实现外界磁场或惯性测量。本发明发挥了电光调制器调制简单、体积小、灵敏度高、温度效应小、操作条件简易等优势，具有较高的灵敏度和较好的稳定性，是一种基于原子自旋效应的新型原子自旋进动检测方法，可服务于未来原子自旋传感器件的工业集成和实际应用。

主权项

1.一种基于电光调制的原子自旋进动检测装置，其特征在于：包括检测光源(1)、起偏器(2)、原子传感模块(3)、四分之一波片(4)、电光调制器(5)、检偏器(6)、光电探测器(7)、锁相放大器(8)、信号采集处理电路(9)和函数发生器(10)，所述原子传感模块(3)包括光抽运系统(11)、碱金属气室(12)和磁屏蔽装置(13)；其中：光抽运系统(11)和磁屏蔽装置(13)使得碱金属气室(12)中的碱金属原子处于无自旋交换弛豫(Spin‑Exchange RelaxationFree,SERF)态，在原子传感模块(3)感应外界磁场或角速率后，碱金属气室(12)中的碱金属原子发生自旋拉莫尔进动，检测光源(1)发出波长在偏离原子共振峰0.2‑0.5nm处的窄线宽激光通过起偏器(2)后，经过原子传感模块(3)，检测线偏振光与碱金属气室(12)中碱金属原子发生相互作用，产生一个线偏振面上的偏转角，即光旋角θ，携带原子自旋进动信号的检测激光再经过四分之一波片(4)和电光调制器(5)，电光调制器(5)对检测激光进行高频调制后经检偏器(6)被光电探测器(7)接收，通过锁相放大器(8)解调和信号采集处理电路(9)检测输出光强一倍频信号的变化实现原子自旋进动信号的检测；所述原子传感模块(3)中光抽运系统(11)和磁屏蔽装置(13)保证碱金属气室(12)中的原子处于SERF态，碱金属原子在感应外界磁场或角速率后产生相应大小的原子自旋拉莫尔进动信号；所述检测光源(1)为窄线宽激光器，波长在偏离原子共振峰0.2‑0.5nm处，吸收光强较小的频率附近；所述起偏器(2)与检偏器(6)处于相互消光位置，消光比达到20000:1以上；所述四分之一波片(4)的光轴方向与起偏器(2)的透光轴方向平行；所述电光调制器(5)采用普克尔斯盒(Pockels Cell)，其中工作物质为磷酸二氘钾(KD*P)晶体，其工作波长为700‑1000nm，半波电压为5kV@800nm，消光比大于550:1；所述电光调制器(5)的快、慢轴方向与起偏器(2)透光轴方向夹角为45°；所述函数发生器(10)输出频率为5‑6kHz正弦调制信号，与电光调制器(5)两个电极相连，同时为锁相放大器(8)提供参考输入信号。