[发明专利]基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备及方法

权利要求书

1.基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备，其特征在于：包括主光路组件、弱耦合光路组件和处理组件；

所述主光路组件包括激光源、高斯滤波片、分光镜、第一偏振片、半波片和第一四分之一波片，其中所述激光源发射水平光束经所述高斯滤波片入射到所述分光镜，所述分光镜的透射光经所述第一偏振片、半波片和所述第一四分之一波片形成前选择偏振光，所述分光镜的反射光入射到所述处理组件形成基准光谱；

所述弱耦合光路组件包括偏振分束器、第一准直透镜、磁光效应光纤环、第二准直透镜和Soleil-Babinet补偿器，其中所述前选择偏振光入射到所述偏振分束器形成第一偏振光和第二偏振光，所述第一偏振光经所述第一准直透镜、所述磁光效应光纤环、所述第二准直透镜和所述Soleil-Babinet补偿器形成第一耦合光并入射到所述偏振分束器，所述第二偏振光经所述Soleil-Babinet补偿器、所述第二准直透镜、所述磁光效应光纤环和所述第一准直透镜形成第二耦合光并入射到所述偏振分束器，所述第一耦合光和所述第二耦合光经所述偏振分束器合成耦合光束，且经第二四分之一波片和第二偏振片形成后选择偏振光并入射到所述处理组件形成测量光谱；

所述处理组件用以根据所述基准光谱和所述测量光谱，以直接获取所述测量光谱的中心波长位移，并结合基于相位偏置量子弱测量原理推理得到的中心波长位移与所述磁光效应光纤环的磁场的表征关系，计算得到所述磁场大小。

2.如权利要求1所述的基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备，其特征在于：所述处理组件包括第一光谱仪、第二光谱仪和数据处理模块，其中所述第一光谱仪和所述第二光谱仪均与所述数据处理模块电性连接，所述第一光谱仪用以接收所述分光镜的反射光并形成所述基准光谱，所述第二光谱仪用以接收所述后选择偏振光并形成所述测量光谱，所述数据处理模块用以根据所述基准光谱和所述测量光谱直接获取所述测量光谱的中心波长位移。

3.如权利要求1所述的基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备，其特征在于：所述第一偏振光在所述磁光效应光纤环内的传播方向与所述磁光效应光纤环的磁场方向一致。

4.如权利要求1所述的基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备，其特征在于：所述磁光效应光纤环是由磁光材料制成的保偏光纤绕成，其外形呈椭圆跑道状。

5.如权利要求1所述的基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备，其特征在于：所述第一准直透镜和所述第二准直透镜分别通过光纤与所述磁光效应光纤环两端连接。

6.如权利要求1所述的基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备，其特征在于：所述第一偏振片的偏振方向与竖直方向的夹角为π/4。

7.如权利要求2所述的基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备，其特征在于：所述处理组件还包括可编程控制模块，所述可编程控制模块与所述Soleil-Babinet补偿器电性连接，所述可编程控制模块用以反馈调节所述Soleil-Babinet补偿器。

8.如权利要求1～7所述的基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、组装设备，对所述磁光效应光纤环进行磁屏蔽，随后通过所述激光源发射调试有的光束，并通过所述可编程控制器反馈调节所述Soleil-Babinet补偿器提供的补偿相位，以使调试光束的所述测量光谱的中心波长位移满足条件：δλ₀＜ξ，式中δλ₀为调试光束的所述测量光谱的中心波长位移，ξ为所述第一光谱仪和所述第二光谱仪波长的分辨率；随后结束调试。

S2、撤除所述磁光效应光纤环的磁屏蔽，发射测量用的光束，通过所述处理组件直接获取测量光束的所述测量光谱的中心波长位移；

S3、基于相位偏置量子弱测量原理推理得到测量光束的所述测量光谱的中心波长位移与所述磁场的表征关系；并结合步骤S2中直接获得的所述测量光谱的中心波长位移计算得到所述磁场的大小。

9.如权利要求8所述的基于相位偏置量子弱测量的绝对弱磁场测量设备的测量方法，其特征在于，在步骤S3中所述测量光束的所述测量光谱的中心波长位移与所述磁场的表征关系为：

式中，δλ₁表示基于相位偏置量子弱测量原理推理得到的所述测量光谱的中心波长位移，V为所述磁光效应光纤环的制成材料的磁光系数，L为所述磁光效应光纤环的总长度，B为所述磁光效应光纤环提供的磁场的大小即所要测量的磁场的大小，λ₀为所述基准光谱的中心波长，为所述第二四分之一波片的光轴与第二偏振片之间的夹角。