[发明专利]双调制CPT差分探测方法及系统

权利要求书

1.一种双调制CPT差分探测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)提供一束相干双色光，双色光的相对相位根据要求在φ+0到φ+π之间切换，φ为初始的任意相位；

2)通过偏振方向旋转，使得相干双色光按照设定规律产生左旋圆偏振、右旋圆偏振或线偏振；

3)将按照设定时序变化的不同圆偏振且相位在φ+0到φ+π之间同步切换的相干双色光与量子共振系统相互作用，即实现双调制CPT，量子共振系统被制备到钟跃迁幅度最大的CPT态；

4)将相干双色光的偏振切换到线偏振，其构成分量左、右旋圆偏振同时与量子共振系统相互作用，与前一阶段制备的CPT态分别产生干涉增强和干涉相消的量子干涉效应；

5)将透射出量子共振系统的相干双色光进行偏振变换，即线偏振变为左旋或右旋圆偏振，将其空间分离为相互正交的线偏振双色光，通过光电转换分别得到干涉增强和干涉相消的CPT信号；

6)将干涉增强和干涉相消的CPT信号相减，得到差分CPT信号。

2.根据权利要求1所述的双调制CPT差分探测方法，其特征在于：所述CPT的获取方式是连续激光作用或脉冲激光作用。

3.根据权利要求2所述的双调制CPT差分探测方法，其特征在于：所述的脉冲激光作用具体是在双调制的时序之后加入一段无光时间，使量子共振系统自由演化，再加入线偏振方向的相干双色光探测脉冲与量子共振系统相互作用，经历所述的步骤4)～步骤6)，即实现差分信号的Ramsey-CPT输出。

4.根据权利要求3所述的双调制CPT差分探测方法，其特征在于：所述的无光时间长度为量子共振系统两基态的相干时间。

5.根据权利要求1所述的双调制CPT差分探测方法，其特征在于：获得的钟跃迁差分CPT信号应用于CPT原子钟，非钟跃迁差分CPT信号应用于原子磁强计，钟跃迁差分CPT信号和非钟跃迁差分CPT信号都能够应用于原子光谱精密测量。

6.一种实现权利要求1所述方法的双调制CPT差分探测装置，包括直流电流源、耦合器、相位调制器、微波信号源、激光器、二分之一波片、偏振调制器、四分之一波片、量子共振系统、偏振分束器和减法器，其特征在于：所述的直流电流源通过耦合器为激光器供电；所述的微波信号源通过相位调制器实现相位的调制，并通过耦合器为激光器提供调制微波；激光器发出的相干双色光通过一个二分之一波片和偏振调制器，得到偏振可动态控制的相干双色光，再依次经过一个四分之一波片、量子共振系统、第二个四分之一波片、第二个二分之一波片和偏振分束器，将相干双色光空间分离，得到相互正交的线偏振双色光，通过两个光电探测器，分别探测得到干涉增强、干涉相消的CPT信号，输入减法器得到差分CPT信号。

7.根据权利要求6所述的双调制CPT差分探测装置，其特征在于：所述的量子共振系统包含两基态到同一激发态的CPT共振能级结构，采用H、Li、Na、K、Rb、Cs、Hg⁺、Ca⁺、Yb⁺、Ba⁺或C-60粒子；粒子处于气态热原子、气态冷原子、气态原子束、离子、分子或等离子体状态。

8.根据权利要求6所述的双调制CPT差分探测装置，其特征在于：所述的量子共振系统采用主动CPT或被动CPT。

9.根据权利要求6所述的双调制CPT差分探测装置，其特征在于：所述的偏振分束器采用偏振分束棱镜、沃拉斯顿棱镜或Glan-Taylor棱镜，偏振分束棱镜的消光比为～10³，沃拉斯顿棱镜或Glan-Taylor棱镜的消光比为～10⁵。