一種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，屬于磁場測量【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明測磁系統(tǒng)通過光纖電光調(diào)制器產(chǎn)生系統(tǒng)所需的帶頻率調(diào)制的雙色相干光束，光束經(jīng)擴(kuò)束通過待測原子蒸汽室與參考光束由差分探測獲得電磁感應(yīng)透明（EIT）信號；再通過鎖相放大技術(shù)，誤差信號經(jīng)由伺服控制系統(tǒng)反饋給光纖電光調(diào)制器，以保證光纖電光調(diào)制器的輸出頻率與磁場大小保持一致。系統(tǒng)中，伺服控制系統(tǒng)的輸出電壓與塞曼分裂頻率一一對應(yīng)，可直接用于表征外部磁場大小。同時(shí)，本測磁系統(tǒng)方便擴(kuò)展，在不同的應(yīng)用條要求下可按需求擴(kuò)展成為磁場梯度儀以及陣列測量系統(tǒng)。
【專利說明】—種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，屬于磁場測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]利用相干的雙色光與原子相干耦合實(shí)現(xiàn)對原子的相干布局囚禁(以下簡稱CPT，Coherent Population Trapping),獲得的CPT共振信號具有線寬窄和不受激光器本身線寬影響的特性，可應(yīng)用于磁強(qiáng)計(jì)和原子鐘等領(lǐng)域。CPT原子磁力儀由于其全光學(xué)特性，兼具體積小、功耗低等特點(diǎn)，使得它廣泛用于各類磁場測量場合。其中低航向誤差和無死區(qū)的物理屬性，使得它在某些移動測磁領(lǐng)域更有著獨(dú)特的優(yōu)勢。
[0003]目前，CPT磁強(qiáng)計(jì)系統(tǒng)所需的雙色相干光束的獲取手段主要有三種:
[0004]1.通過染料激光器的不同模式產(chǎn)生雙頻相干光，如文獻(xiàn):M.0.Scully andM.Fleischhauer, Physical Review Letters69, 1360(1992).所記載；
[0005]2.通過鎖相環(huán)技術(shù)將一臺激光器鎖定于另一臺參考激光器上，獲得雙頻相干光，如文獻(xiàn):A.N.R.Wynands, Appl.Phys.B68, I (1999).所記載；
[0006]3.另一種是通過微波調(diào)制垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)獲得，如文獻(xiàn):M.Stahler, R.ffynands, S.Knappe, J.Kitching, L.Hollberg, A.Taichenachev, andV.Yudin, Optics letters27, 1472(2002).所記載。
[0007]CPT現(xiàn)象是于染料激光器產(chǎn)生的光場中首先觀測到的，但是染料激光器輸出光線寬較寬，頻率差調(diào)節(jié)不便，信號對比度不高，所以基本已經(jīng)退出了 CPT所需光源的制備領(lǐng)域；通過鎖相環(huán)將兩臺激光器相位統(tǒng)一原理上能夠?qū)崿F(xiàn)任意頻率差的激光輸出，而且兩束光束空間獨(dú)立，調(diào)節(jié)較為方便，但系統(tǒng)相對復(fù)雜；微波調(diào)制垂直腔面激光器的方法因?yàn)樗杀镜土?，操作方便，成為目前本領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的方法。
[0008]上述三種方法中后兩種都有其特有的優(yōu)勢，但是在測量過程中皆需要對其頻率進(jìn)行掃描，所以不利于激光器的長期穩(wěn)定，也不利于磁強(qiáng)計(jì)的長期穩(wěn)定工作，同時(shí)也對磁強(qiáng)計(jì)的閉環(huán)產(chǎn)生了一定的障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提出一種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，改變已有CPT測磁系統(tǒng)中的相干光源的產(chǎn)生方式，利用原子固有性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對磁場的絕對跟蹤測量、梯度測量或者磁圖繪制。
[0010]本發(fā)明提出的基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，包括:
[0011]激光光源，用于產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的激光；
[0012]光纖電光調(diào)制器，用于接收激光，并根據(jù)頻率綜合器的經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號，產(chǎn)生相干光源，光纖電光調(diào)制器通過單模保偏光纖與激光光源相連，通過高頻信號線與頻率綜合器相連；[0013]探測光路，用于接收相干光源，探測外部磁場對激光吸收強(qiáng)度產(chǎn)生的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，探測光路通過單模保偏光纖與光纖電光調(diào)制器相連；
[0014]鎖相放大器，用于接收探測光路產(chǎn)生的電壓信號和信號源產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號，將電壓信號與正弦調(diào)制信號進(jìn)行混頻濾波，得到一個(gè)誤差信號，并將該誤差信號輸送至伺服控制器，鎖相放大器同時(shí)通過信號線與探測光路和信號源相連；
[0015]信號源，用于產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制信號和一個(gè)三角波掃頻信號，并將正弦調(diào)制信號與三角波掃頻信號發(fā)送至加法器，同時(shí)將其中的正弦調(diào)制信號發(fā)送至鎖相放大器，信號源同時(shí)與鎖相放大器和加法器相連；
[0016]加法器，用于接收信號源的正弦調(diào)制信號、三角波掃頻信號和來自伺服控制器的反饋控制信號，并將正弦調(diào)制信號、三角波掃頻信號與反饋控制信號相加，得到閉環(huán)電壓信號，并將閉環(huán)電壓信號發(fā)送至頻率綜合器，加法器通過信號線同時(shí)與信號源和頻率綜合器相連；
[0017]頻率綜合器，用于接收加法器的閉環(huán)電壓信號，將閉環(huán)電壓信號轉(zhuǎn)換成為調(diào)制頻率，并將調(diào)制頻率疊加到由頻率綜合器本身產(chǎn)生的微波信號上，得到經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號，頻率綜合器通過信號線與光纖電光調(diào)制器相連；
[0018]伺服控制器，用于接收鎖相放大器的誤差信號，根據(jù)誤差信號產(chǎn)生一個(gè)反饋控制信號，并將該反饋控制信號同時(shí)發(fā)送至加法器和數(shù)據(jù)處理器，伺服控制器通過信號線同時(shí)與加法器和數(shù)據(jù)處理器相連；
[0019]數(shù)據(jù)處理器，用于接收伺服控制器的反饋控制信號，并將反饋控制信號的電壓轉(zhuǎn)換成待測磁場強(qiáng)度。
[0020]上述測磁系統(tǒng)中的探測光路，可以有兩種不同結(jié)構(gòu)，其中:
[0021]第一種提出光路的結(jié)構(gòu)為:
[0022]光纖耦合頭，用于接收來自光纖電光調(diào)制器的相干光源，并將相干光源轉(zhuǎn)換為空間相干光；
[0023]半波長玻片，用于接收空間相干光，調(diào)節(jié)空間相干光的偏振面；
[0024]偏振分光鏡，用于對偏振面調(diào)節(jié)后的空間相干光進(jìn)行分光，得到兩束線偏振光，兩束線偏振光中的一束偏振光入射到堿金屬氣室中；
[0025]堿金屬氣室，用于使堿金屬氣室內(nèi)的堿金屬原子在待測磁場的影響下，對兩束線偏振光中的透射的線偏振光的吸收強(qiáng)度產(chǎn)生變化；
[0026]光電探測器，用于探測堿金屬原子對線偏振光的吸收強(qiáng)度的變化，并將透射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成電壓信號，將該電壓信號發(fā)送至鎖相放大器；
[0027]上述光纖稱合頭、半波長玻片、偏振分光鏡、堿金屬氣室和光電探測器依次置于同一光路上。
[0028]第二中探測光路的結(jié)構(gòu)為:
[0029]光纖耦合頭，用于接收來自光纖電光調(diào)制器的相干光源，并將相干光源轉(zhuǎn)換為空間相干光；
[0030]半波長玻片，用于接收空間相干光，調(diào)節(jié)空間相干光的偏振面；
[0031]偏振分光鏡，用于對偏振面調(diào)節(jié)后空間相干光進(jìn)行分光，得到兩束線偏振光，兩束線偏振光中的一束線偏振光入射到堿金屬氣室中，作為探測光入射到堿金屬氣室，另一束線偏振光入射到平面反射鏡；
[0032]堿金屬氣室，用于使堿金屬氣室內(nèi)的堿金屬原子在待測磁場的影響下，對探測光的吸收強(qiáng)度產(chǎn)生變化，吸收強(qiáng)度變化后的探測光入射到平衡差分探測器；
[0033]平面反射鏡,用于改變?nèi)肷渚€偏振光的方向，將改變偏振方向的線偏振光作為參考光入射到平衡差分探測器；
[0034]平衡差分探測器，用于接收來自堿金屬氣室的吸收強(qiáng)度變化后的探測光與來自平面反射鏡的參考光，并將探測光和參考光分別轉(zhuǎn)化成電壓信號，將兩個(gè)電壓信號做減法得到差分電壓信號，將該差分電壓信號發(fā)送至鎖相放大器；
[0035]上述光纖稱合頭、半波長玻片、偏振分光鏡、堿金屬氣室、平面反光鏡和平衡差分探測器通過光路相連。
[0036]本發(fā)明提出的基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是:
[0037]1、本發(fā)明提出的基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，獨(dú)立于測量過程的穩(wěn)頻條件使得激光器能夠長期穩(wěn)定于所需的頻率點(diǎn)，最大限度的降低了頻率漂移帶來的CPT信號強(qiáng)度變化。
[0038]2、本發(fā)明的測磁系統(tǒng)，測量過程獨(dú)立，直接反饋給光纖電光調(diào)制器的閉環(huán)方式不影響激光器的頻率穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的穩(wěn)定閉環(huán)工作。
[0039]3、本發(fā)明的測磁系統(tǒng)，可根據(jù)需要自由擴(kuò)展成為兩環(huán)路或者多環(huán)路的磁場梯度儀和磁場測量陣列，這種配置下的測量系統(tǒng)可最大程度的減少由光源帶來的信號擾動，抑制甚至消除共模噪聲，實(shí)現(xiàn)更高精度的磁場參數(shù)測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明提出的基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0041]圖2是圖1所示的測磁系統(tǒng)中探測光路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖3是圖1所示的測磁系統(tǒng)中探測光路的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖4是圖1所示的測磁系統(tǒng)在多測量環(huán)路模式下的結(jié)構(gòu)框圖。
[0044]圖1-圖4中，I是單模保偏光纖，2是光纖耦合頭，3是半波長玻片，4是偏正分光鏡，5是堿金屬氣室，6是光電探測器，7是平面反射鏡，8是平衡差分探測器，9是分束保偏光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]本發(fā)明提出的基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:
[0046]激光光源，用于產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的激光；
[0047]光纖電光調(diào)制器，用于接收激光，并根據(jù)頻率綜合器的經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號，產(chǎn)生相干光源，光纖電光調(diào)制器通過單模保偏光纖I與激光光源相連，通過高頻信號線與頻率綜合器相連；
[0048]探測光路，用于接收相干光源，探測外部磁場對激光吸收強(qiáng)度產(chǎn)生的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，探測光路通過單模保偏光纖與光纖電光調(diào)制器相連；
[0049]鎖相放大器，用于接收探測光路產(chǎn)生的電壓信號和信號源產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號，將電壓信號與正弦調(diào)制信號進(jìn)行混頻濾波，得到一個(gè)誤差信號，并將該誤差信號輸送至伺服控制器，鎖相放大器同時(shí)通過信號線與探測光路和信號源相連；
[0050]信號源，用于產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制信號和一個(gè)三角波掃頻信號，并將正弦調(diào)制信號與三角波掃頻信號發(fā)送至加法器，同時(shí)將其中的正弦調(diào)制信號發(fā)送至鎖相放大器，信號源同時(shí)與鎖相放大器和加法器相連；
[0051]加法器，用于接收信號源的正弦調(diào)制信號、三角波掃頻信號和來自伺服控制器的反饋控制信號，并將正弦調(diào)制信號、三角波掃頻信號與反饋控制信號相加，得到閉環(huán)電壓信號，并將閉環(huán)電壓信號發(fā)送至頻率綜合器，加法器通過信號線同時(shí)與信號源和頻率綜合器相連；
[0052]頻率綜合器，用于接收加法器的閉環(huán)電壓信號，將閉環(huán)電壓信號轉(zhuǎn)換成為調(diào)制頻率，并將調(diào)制頻率疊加到由頻率綜合器本身產(chǎn)生的微波信號上，得到經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號，頻率綜合器通過信號線與光纖電光調(diào)制器相連；
[0053]伺服控制器，用于接收鎖相放大器的誤差信號，根據(jù)誤差信號產(chǎn)生一個(gè)反饋控制信號，并將該反饋控制信號同時(shí)發(fā)送至加法器和數(shù)據(jù)處理器，伺服控制器通過信號線同時(shí)與加法器和數(shù)據(jù)處理器相連；
[0054]數(shù)據(jù)處理器，用于接收伺服控制器的反饋控制信號，并將反饋控制信號的電壓轉(zhuǎn)換成待測磁場強(qiáng)度。
[0055]上述測磁系統(tǒng)中的探測光路，可以有兩種不同結(jié)構(gòu)，其中:
[0056]第一種提出光路的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括:
[0057]光纖耦合頭2，用于接收來自光纖電光調(diào)制器的相干光源，并將相干光源轉(zhuǎn)換為空間相干光；
[0058]半波長玻片3，用于接收空間相干光，調(diào)節(jié)空間相干光的偏振面；
[0059]偏振分光鏡4，用于對偏振面調(diào)節(jié)后的空間相干光進(jìn)行分光，得到兩束線偏振光，兩束線偏振光中的一束偏振光入射到堿金屬氣室中；
[0060]堿金屬氣室5,堿金屬氣室為一個(gè)堿金屬以原子蒸氣狀態(tài)密閉存儲的玻璃腔體,用于使堿金屬氣室內(nèi)的堿金屬原子在待測磁場的影響下，對兩束線偏振光中的透射的線偏振光的吸收強(qiáng)度產(chǎn)生變化；
[0061]光電探測器6，用于探測堿金屬原子對線偏振光的吸收強(qiáng)度的變化，并將透射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成電壓信號，將該電壓信號發(fā)送至鎖相放大器；
[0062]上述光纖稱合頭2、半波長玻片3、偏振分光鏡4、堿金屬氣室5和光電探測器6依次置于同一光路上。
[0063]第二中探測光路的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括:
[0064]光纖耦合頭2，用于接收來自光纖電光調(diào)制器的相干光源，并將相干光源轉(zhuǎn)換為空間相干光；
[0065]半波長玻片3，用于接收空間相干光，調(diào)節(jié)空間相干光的偏振面；
[0066]偏振分光鏡4，用于對偏振面調(diào)節(jié)后空間相干光進(jìn)行分光，得到兩束線偏振光，兩束線偏振光中的一束線偏振光入射到堿金屬氣室中，作為探測光入射到堿金屬氣室，另一束線偏振光入射到平面反射鏡；
[0067]堿金屬氣室5,堿金屬氣室為一個(gè)堿金屬以原子蒸氣狀態(tài)密閉存儲的玻璃腔體,用于使堿金屬氣室內(nèi)的堿金屬原子在待測磁場的影響下，對探測光的吸收強(qiáng)度產(chǎn)生變化，吸收強(qiáng)度變化后的探測光入射到平衡差分探測器；
[0068]平面反射鏡7,用于改變?nèi)肷渚€偏振光的方向,將改變偏振方向的線偏振光作為參考光入射到平衡差分探測器；
[0069]平衡差分探測器8，用于接收來自堿金屬氣室的吸收強(qiáng)度變化后的探測光與來自平面反射鏡的參考光，并將探測光和參考光分別轉(zhuǎn)化成電壓信號，將兩個(gè)電壓信號做減法得到差分電壓信號，將該差分電壓信號發(fā)送至鎖相放大器；
[0070]上述光纖稱合頭2、半波長玻片3、偏振分光鏡4、堿金屬氣室5、平面反光鏡7和平衡差分探測器8通過光路相連。
[0071]本發(fā)明提出的基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，其中的激光源，為一般的半導(dǎo)體激光器，可調(diào)節(jié)至所需頻率附近讓其自由運(yùn)轉(zhuǎn)，也可運(yùn)用一定的穩(wěn)頻方式將其穩(wěn)定在所需的譜線上，如飽和吸收穩(wěn)頻法、交流塞曼穩(wěn)頻法或無多普勒背景的雙色光穩(wěn)頻法(DFDL)方法等，用于產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的激光。其中的光纖電光調(diào)制器，用于接收激光，并根據(jù)頻率綜合器的經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號，產(chǎn)生相干光源，該相干光源為以輸入激光作為載波的激光和經(jīng)光纖電光調(diào)制器調(diào)制得到的±1級邊帶合成光。
[0072]本發(fā)明提出的基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，可以用于進(jìn)行多環(huán)路擴(kuò)展，如圖4所示，其中的激光可以分成需要的多路激光，激光通過分束保偏光纖9連接到本發(fā)明的測磁系統(tǒng)，再通過信號線與一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元相連，數(shù)據(jù)處理單元接收各測磁系統(tǒng)的反饋控制信號，并對各測量環(huán)路的反饋控制信號進(jìn)行處理，根據(jù)需要計(jì)算得出磁場梯度值或者繪制磁場分布 圖。
[0073]以下介紹本發(fā)明測磁系統(tǒng)的實(shí)施例:
[0074]實(shí)施例1:
[0075]下面結(jié)合附圖2和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)敘述，該實(shí)施例是作為單環(huán)路測量系統(tǒng)的典型實(shí)施例，可實(shí)現(xiàn)對磁場的絕對跟蹤測量。
[0076]在光源部分采用795nm波長半導(dǎo)體激光器，并利用無多普勒背景的雙色光穩(wěn)頻法(DFDL)方式將其鎖定于87Rb的|F=2>— |F=2’>譜線上。光纖電光調(diào)制器的輸出端包含三種頻率光波，分別是對應(yīng)|F=2> — |F=2’>譜線的載波，與載波頻率相差±6.8GHz的±1級邊帶，并通過調(diào)節(jié)頻率綜合器的輸出功率將±1級邊帶與載波的功率比調(diào)制為1:1:1。
[0077]單模保偏光纖經(jīng)過光纖耦合頭2，緊接著由半波長玻片3和偏振分光鏡4形成光強(qiáng)可調(diào)的的兩束空間線偏光，在充有Ne氣的87Rb蒸汽室5內(nèi)，激光場與銣原子相互作用，形成了 |F=2>— |F=2’>與|F=1>— |F=2’>共同構(gòu)成的A構(gòu)型，從而形成CPT暗態(tài)。通過充有Ne氣的87Rb蒸汽室5的總光強(qiáng)可在100 u W到ImW之間調(diào)節(jié)。
[0078]信號源產(chǎn)生的三角波掃頻信號頻率可定為10Hz，幅度可根據(jù)需要在IV到6V進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出的正弦波調(diào)制信號頻率為10kHz，幅值可在百mV量級。頻率綜合器本身設(shè)置的微波頻率可以根據(jù)磁場大小預(yù)先設(shè)置，弱磁場范圍內(nèi)可設(shè)置成87Rb基態(tài)能級差
6.834682610904GHz，其他情況下可根據(jù)外部磁場估計(jì)值進(jìn)行自動的相應(yīng)調(diào)整。
[0079]數(shù)據(jù)處理單元在弱磁場范圍內(nèi)可根據(jù)公式KU ^ 2MF Y B，進(jìn)行簡單換算。最終測得磁場強(qiáng)度為B = KU/2Mf y，單位nT。其中K為頻率綜合器電壓頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為kHz/V ；U為反饋控制信號電壓值,單位為V ;Mf超精細(xì)能級磁子能級磁量子數(shù),此處可取Mf = 2 ；Y是塞曼效應(yīng)的旋磁比，此處取、^ 7Hz/nT。
[0080]實(shí)施例2:
[0081]下面結(jié)合附圖3和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)敘述，該實(shí)施例是作為單環(huán)路測量系統(tǒng)的典型實(shí)施例，可實(shí)現(xiàn)對磁場的絕對跟蹤測量。
[0082]該實(shí)施例可在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上對探測光路部分進(jìn)行改進(jìn)。光源部分仍利用無多普勒背景的雙色光穩(wěn)頻法(DFDL)方式將其鎖定于87Rb的|F=2>— |F=2’ >譜線上。激光光源產(chǎn)生的激光經(jīng)過單模保偏光纖I由光纖耦合頭2轉(zhuǎn)換為空間光，緊接著由半波長玻片3和偏振分光鏡4分為兩束,兩束線偏振光中的一束線偏振光入射到堿金屬氣室中,將這一束線偏振光作為探測光，用于感知堿金屬原子在外部磁場的影響下對探測光吸收強(qiáng)度的影響并入射至平衡差分探測器8的一個(gè)探測口，另一束線偏振光作為參考光束經(jīng)由平面反射鏡入射至平衡差分探測器8的另一個(gè)探測口。平衡差分探測器8，用于探測探測光和參考光束的光強(qiáng)變化，并將透射光強(qiáng)度和參考光強(qiáng)度分別轉(zhuǎn)化成電壓信號，將這兩個(gè)電壓信號做減法得到差分電壓信號，將該差分電壓信號發(fā)送至鎖相放大器。 [0083]實(shí)施例3:
[0084]下面結(jié)合圖4和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)敘述，該實(shí)施例是作為多環(huán)路測量系統(tǒng)的典型實(shí)施例，可實(shí)現(xiàn)磁場梯度儀和磁場測量陣列的配置。
[0085]該實(shí)施例可在實(shí)施例1或者2的基礎(chǔ)上進(jìn)行方便擴(kuò)展。光源部分仍利用無多普勒背景的雙色光穩(wěn)頻法(DFDL)方式將其鎖定于87Rb的|F=2>— |F=2’>譜線上。在激光器光源的出口處，利用分束保偏光纖9將其分為多束，并分別輸入不同的測量環(huán)路作為單路光源。圖4中每個(gè)測量環(huán)路的配置可參考實(shí)施例1或2中的方案。最終由數(shù)據(jù)處理單元從各路的伺服放大器輸出端口讀取每個(gè)環(huán)路的反饋控制信號并轉(zhuǎn)化成磁場強(qiáng)度信號，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成磁場梯度信號或者繪制磁場分布圖。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖電光調(diào)制器的可自由擴(kuò)展測磁系統(tǒng)，其特征在于該測磁系統(tǒng)包括: 激光光源，用于產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的激光； 光纖電光調(diào)制器，用于接收激光，并根據(jù)頻率綜合器的經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號，產(chǎn)生相干光源，光纖電光調(diào)制器通過單模保偏光纖與激光光源相連，通過高頻信號線與頻率綜合器相連； 探測光路，用于接收相干光源，探測外部磁場對激光吸收強(qiáng)度產(chǎn)生的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，探測光路通過單模保偏光纖與光纖電光調(diào)制器相連； 鎖相放大器，用于接收探測光路產(chǎn)生的電壓信號和信號源產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號，將電壓信號與正弦調(diào)制信號進(jìn)行混頻濾波，得到一個(gè)誤差信號，并將該誤差信號輸送至伺服控制器，鎖相放大器同時(shí)通過信號線與探測光路和信號源相連； 信號源，用于產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制信號和一個(gè)三角波掃頻信號，并將正弦調(diào)制信號與三角波掃頻信號發(fā)送至加法器，同時(shí)將其中的正弦調(diào)制信號發(fā)送至鎖相放大器，信號源同時(shí)與鎖相放大器和加法器相連； 加法器，用于接收信號源的正弦調(diào)制信號、三角波掃頻信號和來自伺服控制器的反饋控制信號，并將正弦調(diào)制信號、三角波掃頻信號與反饋控制信號相加，得到閉環(huán)電壓信號，并將閉環(huán)電壓信號發(fā)送至頻率綜合器，加法器通過信號線同時(shí)與信號源和頻率綜合器相連； 頻率綜合器，用于接收加法器的閉環(huán)電壓信號，將閉環(huán)電壓信號轉(zhuǎn)換成為調(diào)制頻率，并將調(diào)制頻率疊加到由頻率綜合器本身產(chǎn)生的微波信號上，得到經(jīng)調(diào)制的微波調(diào)制信號，頻率綜合器通過信號線與光纖電光調(diào)制器相連； 伺服控制器，用于接收鎖相放大器的誤差信號，根據(jù)誤差信號產(chǎn)生一個(gè)反饋控制信號，并將該反饋控制信號同時(shí)發(fā)送 至加法器和數(shù)據(jù)處理器，伺服控制器通過信號線同時(shí)與加法器和數(shù)據(jù)處理器相連； 數(shù)據(jù)處理器，用于接收伺服控制器的反饋控制信號，并將反饋控制信號的電壓轉(zhuǎn)換成待測磁場強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的測磁系統(tǒng)，其特征在于其中所述的探測光路包括: 光纖耦合頭，用于接收來自光纖電光調(diào)制器的相干光源，并將相干光源轉(zhuǎn)換為空間相干光; 半波長玻片，用于接收空間相干光，調(diào)節(jié)空間相干光的偏振面； 偏振分光鏡，用于對偏振面調(diào)節(jié)后的空間相干光進(jìn)行分光，得到兩束線偏振光，兩束線偏振光中的一束偏振光入射到堿金屬氣室中； 堿金屬氣室，用于使堿金屬氣室內(nèi)的堿金屬原子在待測磁場的影響下，對兩束線偏振光中的透射的線偏振光的吸收強(qiáng)度產(chǎn)生變化； 光電探測器，用于探測堿金屬原子對線偏振光的吸收強(qiáng)度的變化，并將透射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成電壓信號，將該電壓信號發(fā)送至鎖相放大器； 上述光纖稱合頭、半波長玻片、偏振分光鏡、堿金屬氣室和光電探測器依次置于同一光路上。
3.如權(quán)利要求1所述的測磁系統(tǒng)，其特征在于其中所述的探測光路包括: 光纖耦合頭，用于接收來自光纖電光調(diào)制器的相干光源，并將相干光源轉(zhuǎn)換為空間相干光; 半波長玻片，用于接收空間相干光，調(diào)節(jié)空間相干光的偏振面； 偏振分光鏡，用于對偏振面調(diào)節(jié)后空間相干光進(jìn)行分光，得到兩束線偏振光，兩束線偏振光中的一束線偏振光入射到堿金屬氣室中，作為探測光入射到堿金屬氣室，另一束線偏振光入射到平面反射鏡； 堿金屬氣室，用于使堿金屬氣室內(nèi)的堿金屬原子在待測磁場的影響下，對探測光的吸收強(qiáng)度產(chǎn)生變化，吸收強(qiáng)度變化后的探測光入射到平衡差分探測器； 平面反射鏡，用于改變?nèi)肷渚€偏振光的方向，將改變偏振方向的線偏振光作為參考光入射到平衡差分探測器； 平衡差分探測器，用于接收來自堿金屬氣室的吸收強(qiáng)度變化后的探測光與來自平面反射鏡的參考光，并將探測光和參考光分別轉(zhuǎn)化成電壓信號，將兩個(gè)電壓信號做減法得到差分電壓信號，將該差分電壓信號發(fā)送至鎖相放大器； 上述光纖稱合頭、半波長玻片、偏振分光鏡、堿金屬氣室、平面反光鏡和平衡差分探測器通過光路相連。
【文檔編號】G01R33/032GK103605086SQ201310571677
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】馮焱穎, 胡勇, 薛洪波 申請人:清華大學(xué)