[发明专利]一种用于SERF原子测量技术的法拉第闭环检测装置及检测方法

说明书

本发明涉及一种用于SERF原子测量技术的法拉第闭环检测装置及检测方法，特点为：探测激光器输出光通过起偏器线偏振化后，进入由法拉第闭环检测控制电路驱动法拉第调制器，使探测光的线偏振面发生周期性旋转调制；探测激光入射原子气室后携带自旋信息，偏振面转动θ，再经过偏振面转角补偿器及检偏器注入光电探测器，将光信号转化为电信号传输到信号解调模块；法拉第闭环检测控制电路的PID控制模块计算并输出控制信号，调整偏振面转角补偿器的1/2波片双折射主轴方向，使线偏光偏振面转动角度α，实现闭环检测。本发明抑制了检测标度因数误差，提高了检测精度。

技术领域

本发明属于量子精密测量技术领域，具体涉及一种用于SERF原子测量技术的法拉第闭环检测装置及测量方法。

背景技术

SERF原子自旋精密测量技术基于无自旋交换弛豫机制可大幅延长自旋弛豫时间，提高测量精度，在惯性测量、弱磁测量、基础物理探索等领域有着广泛应用前景。SERF原子测量装置直接输出结果为低频或直流信号，1/f噪声影响很大。法拉第调制式检测是一种主流的通过调制检测光将低频信号转化为高频信号降低测量噪声的方法，具有高灵敏性优点。其具体原理为电流驱动磁场线圈产生变化磁场，线偏光通过内部旋光晶体，基于法拉第磁光效应光偏振面发生周期性改变，被调制的线偏光经过原子气室，自旋信号使线偏光发生偏转，该偏转角叠加在调制转动上一起被光电探测器检测到，通过解调即可得到所需的自旋信号。

但是在法拉第调制检测中由于电流驱动调制线圈的同时会释放大量热量，引起调制器内部温度变化，致使旋光晶体性能受到影响，调制幅度发生波动，检测标度因数不稳定，导致检测结果存在误差。并且在一般的法拉第闭环检测方法中由于闭环执行器同样基于法拉第磁光效应，不能隔离温度影响，因此标度因数也不够稳定。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种可抑制检测标度因数误差、可提高检测精度，可应用于SERF原子测量技术，提高其性能指标的用于SERF原子测量技术的法拉第闭环检测装置及检测方法。

本发明的上述目的之一通过如下技术方案来实现:

一种用于SERF原子测量技术的法拉第闭环检测装置，其特征在于：包括探测激光器、起偏器、法拉第调制器、原子气室、偏振面转角补偿器、检偏器、光电探测器、法拉第闭环检测控制电路、信号采集处理系统；所述偏振面转角补偿器包括高精度电控调整架、1/2波片和固连结构；法拉第闭环检测控制电路包括调制驱动模块、信号解调模块、PID控制模块，其中：

探测激光器输出光通过起偏器线偏振化后，进入由控制电路驱动的法拉第调制器，使探测光的线偏振面发生周期性旋转调制；探测激光入射原子气室后携带自旋信息，偏振面转动θ，后续再经过偏振面转角补偿器及检偏器注入光电探测器，将光信号转化为电信号传输到信号解调模块；其中，PID控制模块计算并输出控制信号给偏振面转角补偿器的高精度电控调整架，通过高精度电控调整架调整1/2波片双折射主轴方向，使线偏光偏振面转动角度α，α＝-θ，实现闭环检测；信号采集处理系统用于对PID控制模块的输出信号进行处理存储。

本发明的上述目的之二通过如下技术方案来实现:

一种用于SERF原子测量技术的法拉第闭环检测方法，其特征在于，基于上述的用于SERF原子测量技术的法拉第闭环检测装置，包括以下步骤：

步骤(1)、调节偏振面转角补偿器中的1/2波片，使其初始双折射主轴方向与起偏器偏振轴方向平行；调节检偏器偏振轴方向，使其与起偏器偏振轴方向垂直。