[发明专利]薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测系统，包括光源、锁相放大器、光学斩波器、光电探测器、分光片、透镜、光阑和计算机；光源产生激光进入主光路，经两个透镜调节光斑尺寸，再经光阑整形光斑、控制光强；输入光经分光片形成参考光路和测量光路，测量光路的激光经过腔室的表面，反射到光电探测器中，其输出信号经锁相放大器调制，连接计算机；参考光路的激光直接由光电探测器检测，其输出信号经另一锁相放大器调制，连接计算机。本发明还提出一种与之相应的检测方法。本发明解决了薄壁封闭玻璃腔室光学参数(物理壁厚、折射率)无损检测的问题，为超高灵敏惯性与磁场测量装置后续的深入研究提供了基础。

技术领域

本发明属于光谱分析及激光测量技术领域，尤其是一种超高灵敏惯性与磁场测量装置敏感表头(薄壁封闭玻璃腔室)光学参数的检测系统和方法。

背景技术

基于SERF效应原子自旋惯性与磁场测量装置，利用原子的角动量特性和原子的拉莫尔进动特性，进行惯性和磁场测量，测量灵敏度远高于传统装置。超高灵敏惯性与磁场测量装置，可服务于化学物质成份与结构分析和生物分子结构分析、原子自旋陀螺仪\磁强计等领域。内含碱金属和惰性气体的薄壁封闭玻璃腔室是超高灵敏磁场和惯性测量装置的敏感表头，腔室的性能从本质上决定了仪器灵敏度的极限。因此，对薄壁封闭玻璃腔室自身光学参数的研究，是超高灵敏惯性与磁场测量装置必不可少的一部分。

目前，对于薄壁封闭玻璃腔室自身光学参数的检测主要通过破坏性实验，将腔室敲碎，利用游标卡尺测量其厚度，另外通过化学实验检测腔室材料的折射率；这种方法简单易行，但是会对腔室造成永久性损伤，无法复原。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测系统，实现对腔室的无损检测，并进一步提供一种能够实现上述系统的方法。

技术方案：本发明提出一种薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测系统，包括：用于产生输入光的光源，用于信号调制解调的锁相放大器、光学斩波器和光电探测器，用于光路调节的元器件分光片、透镜、光阑，以及计算机；

光源产生激光进入主光路，经两个透镜调节光斑尺寸，再经光阑整形光斑、控制光强；输入光经过分光片后形成参考光路和测量光路，测量光路的激光经过腔室的表面，反射到光电探测器中，其输出信号经锁相放大器调制后，连接计算机；参考光路的激光直接由光电探测器检测，其输出信号经另一锁相放大器调制后，连接计算机。

本发明还提出一种薄壁封闭玻璃腔室光学参数的检测方法，包括如下步骤：

1)对实验所用激光器进行标定；

2)改变激光器的控制温度调节激光的频率，并通过相关实验设备记录原始数据，包括测量信号的幅值和频率、调制信号的幅值和频率；

3)对待测信号进行方波调制，设置光学斩波器的频率，如式(1)；并利用正交的两路信号来解调待测信号，如式(3)和式(4)；根据多通道交叉调制的原理，调制信号与待测信号通过相敏感器相互作用，如式(5)和式(6)；其输出经过低通滤波器之后，大部分高频信号被去除，如式(7)和式(8)；两路解调信号经过矢量加法器，输出信号U_out，如式(9)；

Sig(t)＝V_r·Sq(ωt) (1)

式中，Sig(t)表示待测信号，V_r表示待测信号的幅值，Sq(ωt)表示方波调制函数，ω表示角频率；

Ref₁(t)＝V_icos(ωt+θ) (3)

Ref₂(t)＝V_isin(ωt+θ) (4)