[发明专利]空芯反共振光纤冷原子束流导引与通量探测方法及装置有效
| 申请号： | 201810775716.7 | 申请日： | 2018-07-16 |
| 公开（公告）号： | CN108770177B | 公开（公告）日： | 2019-08-20 |
| 发明（设计）人： | 徐小斌;宋凝芳;胡笛;路想想;李玮;宋一桐 | 申请（专利权）人： | 北京航空航天大学 |
| 主分类号： | H05H3/02 | 分类号： | H05H3/02 |
| 代理公司： | 北京永创新实专利事务所 11121 | 代理人： | 姜荣丽 |
| 地址： | 100191*** | 国省代码： | 北京;11 |
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| 摘要： | 本发明公开了一种空芯反共振光纤冷原子束流导引与通量探测方法及装置，属于量子传感技术领域。所述方法包括步骤：步骤一、冷却原子与产生冷原子束流；步骤二、利用导引激光激发空芯反共振光纤中的基模高斯光束对冷原子束流进行导引；步骤三、对空芯反共振光纤输出端的冷原子束流的原子通量进行探测。本发明还公开了一种基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测装置，所述装置具体包括：冷原子束流产生部分、冷原子束流导引部分以及冷原子束流探测部分。利用本发明的方法和装置可导引连续冷原子束流，解决了冷原子束流耦合进空芯反共振光纤内效率低的难题，同时采用平衡探测法与微弱信号检测技术相结合的方案，提高了测量分辨率。 | ||
| 搜索关键词： | 冷原子 束流 导引 空芯 光纤 探测 原子通量 通量 微弱信号检测 测量分辨率 方法和装置 传感技术 导引激光 高斯光束 光纤输出 平衡探测 探测装置 耦合 基模 量子 冷却 激发 | ||
【主权项】：
1.一种基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一、冷却原子与产生冷原子束流；步骤二、利用导引激光激发空芯反共振光纤中的基模高斯光束对冷原子束流进行导引；步骤三、对空芯反共振光纤输出端的冷原子束流的原子通量进行探测，具体为：采用共振吸收法探测冷原子束流，并使用平衡探测法与微弱信号检测方法相结合提取微小信号强度，计算空芯反共振光纤输出端的冷原子束流中冷原子的数目及原子通量；所述共振吸收法具体为：利用一束功率10μW的探测光垂直于冷原子束流运动方向照射通过空芯反共振光纤的冷原子束流，探测光频率与冷原子跃迁频率共振，使所述冷原子束流中的冷原子跃迁并吸收一部分探测光功率，实现共振吸收；所述平衡探测法具体为：探测激光经准直器准直输出后，经过偏振消除模块进行偏振滤除，再依次通过1/2λ波片和柱面镜，在z方向被压缩成长1mm，x方向被压缩后形成宽0.5mm的探测激光；该压缩后的探测激光经过偏振分光棱镜两次反射后分成两束激光，其中一束作为探测光，另一束作为参考光；所述探测光的传播方向与冷原子束流速度方向垂直，沿y方向通过空心反共振光纤输出的冷原子束流；所述参考光位于空芯反共振光纤及探测光所形成的平面上方20mm处，与探测光平行，通过冷原子束流输出位置的探测光与未通过冷原子束流输出位置的参考光共同被耦合进平衡放大光电探测器中，经功率相减并放大处理，以电压信号作为输出；该电压信号是冷原子束流吸收的探测光功率的对应量，所述电压信号可发送至示波器直接输出显示；所述参考光和探测光的功率相等；采用微弱信号检测的方法，提取上述平衡探测法得到的电压信号，具体为：使用信号发生器产生两路相位、幅值及频率完全相同的高频调制方波，一路作为AOM驱动模块的启动电信号来控制阻断光的AOM以高频进行开关循环；一路作为锁相放大器的参考信号输入，阻断光沿x轴垂直入射进真空探测腔中，位于空芯反共振光纤输出端面与探测光之间；当阻断光打开时，空芯反共振光纤导引输出的冷原子束流被打断；阻断光关闭时，冷原子束流运动至探测光区域；利用锁相放大器将平衡放大光电探测器输出的电信号与信号发生器产生的参考信号进行相干检测，利用Matlab储存并处理检测数据，进而计算得到冷原子束流的原子通量。
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