[发明专利]一种测量电场强度的原子传感器系统及电场强度测量方法

说明书

本发明涉及一种测量电场强度的原子传感器系统及测量电场强度的方法，主要包括以下步骤：红色探测激光和蓝色耦合激光经激光滤波器进入激光扩束装置并对其波束形状进行扩展；扩展后的红色探测激光进入原子蒸汽腔对原子进行照射激励，扩展后的蓝色耦合激光进入原子蒸汽腔对红色探测激光激励下的原子进行照射；光谱探测器对透过原子蒸汽腔的红色探测激光信号强度进行测量，根据红色探测激光的扫频获取其透射光谱；锁相放大器对光谱探测器输出的透射光谱电信号进行放大，并输出至终端，终端显示红色探测激光的透射光谱图，并通过透射光谱图计算出电场强度。本发明提出增加激光过滤和扩束环节，使得测量电场强度的原子传感器系统灵敏度更高。

技术领域

本发明涉及电场强度测量领域，尤其涉及一种测量电场强度的原子传感器系统及测量电场强度的方法。

背景技术

现有测量电场强度的原子传感器系统核心是原子蒸汽腔内红色探测激光和蓝色耦合激光重合部分的原子，该重合部位的原子受到红色探测激光和蓝色耦合激光的激励对电场辐射敏感，能够用于电场强度的测量；而原子蒸汽腔内其他部分的原子蒸汽由于没有受到红色探测激光和蓝色耦合激光的激励，因而对电场辐射不敏感，不参与电场强度测量。

由于探测激光是红光、耦合激光是蓝光，而一般蓝光的光束直径小于红光，因此红光探测激光和蓝光耦合激光重合部分的直径是蓝光耦合激光的直径，红光探测激光与蓝光耦合激光不重合的部分没有参与电磁感应透明，导致红色探测激光的电磁感应透射峰值下降，使得红色探测激光的电磁感应透射峰值与红色探测激光直接穿透原子蒸汽后的透射谱的比值下降，即信噪比下降，导致现有电场原子传感器系统的灵敏度下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量电场强度的原子传感器系统及测量电场强度的方法，可用于极弱电场的测量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种测量电场强度的原子传感器系统，包括：探测激光器、耦合激光器、激光滤波器、激光扩束装置、原子蒸汽腔、光谱探测器、锁相放大器和终端；

所述探测激光器，用于输出红色探测激光，所述耦合激光器，用于输出蓝色耦合激光；

所述激光滤波器，用于对所述红色探测激光和蓝色耦合激光进行过滤后传输至所述激光扩束装置；

所述激光扩束装置，用于对所述激光滤波器过滤后的红色探测激光和蓝色耦合激光的波束形状进行扩展后输出至原子蒸汽腔；

所述原子蒸汽腔，用于由经过所述激光扩束装置扩展后的红色探测激光对原子进行照射激励，同时，经过所述激光扩束装置扩展后的蓝色耦合激光对红色探测激光激励下的原子进行照射，形成电磁感应透明现象，使红色探测激光的透射率增加；

所述光谱探测器，用于对透过原子蒸汽腔的红色探测激光信号强度进行测量，并根据红色探测激光的扫频获取红色探测激光的透射光谱；

所述锁相放大器将光谱探测器输出的透射光谱电信号进行放大，并输出至所述终端，所述终端显示红色探测激光的透射光谱图，并根据所述透射光谱图进行计算，得到电场强度。

本发明的有益效果是：通过可调谐、窄带激光滤波器提高了红色探测激光和蓝色耦合激光的频率稳定性，有效压缩了红色探测激光透射峰的频谱宽度，提高了峰值分裂间隔的分辨率，而越小的频率间隔对应幅值越小的电场场强，从而提高了原子传感器系统探测电场强度的灵敏度；通过激光扩束装置，提高了红色探测激光的利用效率，增加了红色探测激光电磁感应透射峰信号的信噪比，从而提高了原子传感器系统探测电场强度的灵敏度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述探测激光器和耦合激光器为可调谐激光器，所述红色探测激光的波长范围为：750nm～810nm，中心波长为：780nm，频率扫描范围为：-40MHz～+40MHz；所述蓝色耦合激光的波长范围为：478nm～488nm，中心波长为：483nm。