[发明专利]一种消除线偏振光旋角检测中残余圆偏振分量的装置及方法

摘要

本发明公开了一种消除线偏振光旋角检测中残余圆偏振分量的装置及方法，该装置及方法基于光弹偏振调制技术、光偏振补偿技术及数字锁相放大技术，通过光电探测器及锁相放大器获得偏振调制检测输出信号的一次谐波分量，利用碱金属原子对垂直于检测光方向磁场的响应特性，精细调节四分之一波片的光轴方位角精确补偿光束偏振态以消除由此带来的偏振误差信号，补偿过程可通过数字示波器实时监控。本发明不仅应用在高灵敏原子磁场/惯性的高精度信号检测，而且也适用于高精度的微弱光旋角测量方面。 1

主权项

1.一种消除线偏振光旋角检测中残余圆偏振分量的装置，其特征在于：该装置包括准直扩束检测激光源(1)、光功率稳定模块(2)、起偏器(3)、光弹调制器(4)、可变四分之一波片(5)、光楔组件(6)、待测碱金属气室样品(7)、三维线圈(8)、检偏器(9)、光电探测器(10)、光弹控制器、数字锁相放大器、数字示波器和信号采集与处理单元；其中，沿所述的准直扩束检测激光源(1)出射的光束前进方向依次是光功率稳定模块(2)、起偏器(3)、光弹调制器(4)、可变四分之一波片(5)、光楔组件(6)、待测碱金属气室样品(7)、三维线圈(8)、检偏器(9)和光电探测器(10)；光弹控制器通过串口与所述的光弹调制器(4)控制端相连，所述的光弹控制器第一输出端连接数字锁相放大器的参考信号输入端，所述的光电探测器(10)的输出端连接所述的数字锁相放大器的信号输入端，经所述的数字锁相放大器解调的一次谐波信号输出端通过三通BNC转接头接数字示波器及信号采集与处理单元，该信号采集与处理单元的数据采集程序用于采集数字锁相放大器输出的信号，其反馈控制程序用于稳定光路光功率变化，可变四分之一波片(5)为单点波长的真零级器件，所述的可变四分之一波片(5)被安装在高分辨率的可旋转光学支架内，通过高精度控制器控制其转动。

2.根据权利要求1所述的消除线偏振光旋角检测中残余圆偏振分量的装置，其特征在于：起偏器(3)透光轴沿x轴方向；光弹调制器(4)的振动方向与起偏器呈45度夹角；可变四分之一波片(5)快轴与起偏器(3)透振方向同轴；检偏器(9)的振动轴与起偏器(3)垂直；待测碱金属气室样品(7)为球型碱金属气室，光楔组件(6)用于调节入射到球型碱金属气室中心轴线的光束位置；三维线圈(8)对待测碱金属气室样品(7)提供不同方位的磁场。

3.一种消除线偏振光旋角检测中残余圆偏振分量的方法，利用权利要求1所述的消除线偏振光旋角检测中残余圆偏振分量的装置，其特征在于：该方法包括以下步骤：

①可变四分之一波片(5)被安装在高分辨率的可旋转光学支架内，通过高精度控制器控制其转动；三维线圈(8)通过精密信号发生器驱动；

②所述的光弹控制器通过前面板设定光弹调制器(4)的峰值相位延迟量为0.09rad，所述的光电探测器(10)记录从检偏器(9)出射的光束光强并转化为电信号，该电信号输出至所述的数字锁相放大器的信号输入端，所述的光弹控制器输出端与数字锁相放大器的参考信号输入端相连，数字锁相放大器的输出信号包含一次谐波分量和二次谐波分量，其中数字锁相放大器一次谐波输出信号通过BNC连接线输送至数字示波器；

③当待测碱金属气室样品(7)未被极化时，数字锁相放大器输出信号的一次谐波分量V_1f为系统误差信号，其表达式为：

V_1f∝s_mR_m

其中，s_m为光束偏振度，纯线偏振光时s_m＝0，纯圆偏振时s_m＝1，一般情况下介乎于两者之间；R_m为检测光对碱金属原子的抽运率；线偏振检测光中存在圆偏振分量时V_1f∝s_mR_m≠0，对三维线圈(8)施加其响应频率范围内的正弦信号，观测数字示波器上的锁相放大器一次谐波分量响应输出；小范围内精细调节气室前可变四分之一波片(5)的光轴位置，补偿圆偏振光分量使得V_1f∝s_mR_m＝0，消除此时一次谐波的误差信号。