本发明专利技术公开了一种测量纳米光纤振动模式的装置及方法，在激光器的出射方向上设置有分光系统，将光分为两束，第一光束与第二光束，第一光束的出射方向设置有第一45度全反射镜、光频移系统、第二45度全反射镜、无偏振分束镜；第二光束的出射方向上设置有待测纳米光纤系统、无偏振分束镜，两束光在无偏振分束镜上分束叠加后，分为第三光束与第四光束，第三光束传输至普通探测器，转换为电信号传递至示波器，第四光束传输至单光子探测器，单光子探测器将输入的光信号转换为电脉冲信号进入数据采集卡，并保存下来。采用本发明专利技术的装置及方法最终可以实现实时测量纳米光纤的机械频率，并且测量方法简单易重复，可以测量皮瓦量级的微弱信号。
【技术实现步骤摘要】
一种测量纳米光纤振动模式的装置及方法
本专利技术涉及纳米光纤机械振动频率的
，尤其涉及一种测量纳米光纤振动模式的装置及方法。
技术介绍
由于通信技术的快速发展，光纤波导成为一种重要的现代技术。它不仅在网络通信、光纤传感等方面有重要应用，它还在基础科学研究中作为一种重要的科研工具为人们广泛使用。纳米光纤是由普通单模光纤加热熔融拉伸制成，它最细的腰椎直径在亚波长量级。纳米光纤对光的横向传输模式有很强的束缚，因而具有很强的倏逝场，为光与原子相互作用提供必要条件。研究表明，位于光纤表面倏逝场内的原子的辐射可以被有效增强。与此同时，纳米光纤可以对表面原子辐射荧光进行高效的收集，理论上收集效率可达20％以上，相较于传统的高数值孔径物镜4％～5％的收集效率已经大大提高，鉴于纳米光纤在荧光收集方面的优势，因而其在微纳光子学、量子精密测量、非线性光学领域等诸多领域均得到了广泛的应用。纳米光纤产生的倏逝场，分布在光纤表面半个波长区域内，具有模式体积小和光功率密度高等特点。由于纳米光纤芯径处于亚波长量级，只有基模可以稳定传输，因此在纳米光纤表面利用倏逝场可以建立偶极阱并用于俘获原子阵列。基于纳米光纤的冷原子的偶极俘获显著提升了在倏逝场中相互作用的有效原子数及倏逝场中冷原子寿命，并增强了二者间的相互作用强度。与此同时，处在高真空环境中的纳米光纤受到环境阻力小，它会产生一些固有的机械振动频率包括violin振动频率、扭转频率、呼吸频率，与建立偶极阱中俘获的原子振动频率接近，从而产生共振，使得阱中俘获的原子具有一定的概率从阱中逃逸。另外，在纳米光纤用于传感应用中，纳米光纤本身的机械振动对高频传感会产生影响，因此在传感应用过程中，避开纳米光纤的振动频率或者反馈控制光纤振动是至关重要的。因而，对于纳米光纤机械振动频率的测量成为一项亟待解决的问题。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足，提供一种测量纳米光纤振动模式的装置及方法，避免纳米光纤的振动频率或者反馈控制光纤振动，利用外差探测来测量纳米光纤的机械振动频率。为实现本专利技术目的而提供的一种测量纳米光纤振动模式的装置及方法，包括有激光器、分光系统、待测纳米光纤系统、无偏振分束镜，待测纳米光纤系统包括有真空腔以及放置在真空腔内的纳米光纤组成，所述激光器出射的激光进入分光系统，分为第一光束、第二光束，所述第一光束经过第一45度全反射镜、光频移系统、第二45度全反射镜，传输至所述无偏振分束镜；所述第二光束输入到待测纳米光纤系统，入射到纳米光纤的内部，光强设置为微瓦量级，与传输来的第一光束在无偏振分束镜上叠加干涉后形成第三光束，传输至普通探测器，转换为电信号传递至示波器，示波器得到信号用于优化干涉对比度，当两束光干涉对比度调节到最大时，第二光束照射到纳米光纤的腰部，光强设置为单光子量级，与传输来的第一光束在无偏振分束镜上叠加干涉后形成第四光束，传输至单光子探测器，单光子探测器将输入的光信号转换为电脉冲信号进入数据采集卡，对采集的数据进行傅里叶分析得到纳米光纤振动频率。作为上述方案的进一步改进，所述分光系统包括激光器的锁定光路以及分光光路，所述锁定光路以及分光光路分别用于待测纳米光纤系统和光频移系统。作为上述方案的进一步改进，所述光频移系统包括两个双通声光调制器，使得第一光束和第二光束的光频移22.5MHz。作为上述方案的进一步改进，所述纳米光纤是由普通单模光纤熔融拉锥制成，光纤最细的腰部直径在400-600nm，纳米光纤包含三个部分，单模光纤部分、锥区、腰部。作为上述方案的进一步改进，真空腔具有两个大窗片和六个小窗片，大窗片分别在真空腔的上下密封，六个小窗片分别在真空腔的侧面围绕一圈，纳米光纤的腰部处于真空腔体的中心位置，两端的单模光纤部分通过feedthrough结构穿过真空腔。作为上述方案的进一步改进，所述激光器是外腔反馈式半导体激光器，激光器波长为852nm，最大光功率为100mW。作为上述方案的进一步改进，所述45度全反射镜是反射率为99.9％的高反射镜，作用波段为750nm-1050nm。作为上述方案的进一步改进，所述无偏振分光棱镜的分光比为9:1，作用波段为700-1100nm。作为上述方案的进一步改进，包括以下步骤：S1.开启激光器，激光通过分光系统分为第一光束和第二光束；S2.第一光束经过第一45度全反射镜、光频移系统、第二45度全反射镜、入射至无偏振分束棱镜，第二光束输入纳米光纤内部，设置光强为微瓦量级，两束光在9:1的无偏振分束棱镜上分束叠加干涉，输出第三光束由普通探测器探测，再将电信号输入示波器，根据示波器上显示的干涉条纹对比度去调节两束光的指向性，光斑大小和形状、偏振，使得两束光的干涉对比度达到最大，最终使得对比度达到95％以上；S3.当两束光干涉对比度调节到最大时，第二光束通过待测纳米光纤系统的真空腔的窗片入射到纳米光纤的腰部，第二光束的部分光耦合到纳米光纤内，设置光强为单光子量级通过纳米光纤的另一端出射至无偏振分束棱镜，与传输来的第一光束在无偏振分束镜上叠加干涉后形成第四光束，传输至单光子探测器；S4.单光子探测器将输入的光信号转换为电脉冲信号进入数据采集卡；S5.读取数据采集卡存储的数据，对采集的信号数据进行傅里叶分析，在拍频处可得到一系列纳米光纤振动频率。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术提供的一种测量纳米光纤振动模式的装置及方法，具体为在激光器的出射方向上设置有分光系统，将光分为两束，第一光束与第二光束，第一光束的出射方向设置有第一45度全反射镜、光频移系统、第二45度全反射镜、无偏振分束镜；第二光束的出射方向上设置有待测纳米光纤系统、无偏振分束镜，两束光在无偏振分束镜上分束叠加后，分为第三光束与第四光束，第三光束传输至普通探测器，转换为电信号传递至示波器，第四光束传输至单光子探测器，单光子探测器将输入的光信号转换为电脉冲信号进入数据采集卡，并保存下来。该装置及方法可以提高测量纳米光纤的振动频率的信噪比、探测到纳米光纤振动的violin振动频率、扭转频率、呼吸频率，可广泛应用于低频信号测量领域。采用本专利技术的装置及方法最终可以实现实时测量纳米光纤的机械频率，并且测量方法简单易重复，可以测量皮瓦量级的微弱信号。附图说明以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：图1为本专利技术的装置的结构示意图；图2是示波器上采集的干涉条纹，通过软件拟合得到第一光束和第二光束的干涉对比度示意图；图3是通过单光子探测器和数据采集卡记录的数据经过傅里叶变换，测量到的纳米光纤的机械频率示意图。具体实施方式如图1-图3所示，本专利技术提供的一种测量纳米光纤振动模式的装置及方法，包括有激光器1、分光系统2、待测纳米光纤系统8、无偏振分束镜9，待测纳米光纤系统8包括有真空腔以及放置在真空腔内的纳米光纤组成，激光器1出射的激光进入分光系统2，分为第一光束3、第二光束4，第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测量纳米光纤振动模式的装置，其特征在于：包括有激光器、分光系统、待测纳米光纤系统、无偏振分束镜，待测纳米光纤系统包括有真空腔以及放置在真空腔内的纳米光纤组成，所述激光器出射的激光进入分光系统，分为第一光束、第二光束，所述第一光束经过第一45度全反射镜、光频移系统、第二45度全反射镜，传输至所述无偏振分束镜；所述第二光束输入到待测纳米光纤系统，入射到纳米光纤内部，设置光强为微瓦量级，与传输来的第一光束在无偏振分束镜上叠加干涉后形成第三光束，传输至普通探测器，转换为电信号输入示波器，示波器得到信号用于优化干涉对比度，当两束光干涉对比度调节到最大时，第二光束照射到纳米光纤的腰部，光强设置单光子量级，与传输来的第一光束在无偏振分束镜上叠加干涉后形成第四光束，传输至单光子探测器，单光子探测器将输入的光信号转换为电脉冲信号进入数据采集卡，对采集的数据进行傅里叶分析得到纳米光纤振动频率。/n
【技术特征摘要】
1.一种测量纳米光纤振动模式的装置，其特征在于：包括有激光器、分光系统、待测纳米光纤系统、无偏振分束镜，待测纳米光纤系统包括有真空腔以及放置在真空腔内的纳米光纤组成，所述激光器出射的激光进入分光系统，分为第一光束、第二光束，所述第一光束经过第一45度全反射镜、光频移系统、第二45度全反射镜，传输至所述无偏振分束镜；所述第二光束输入到待测纳米光纤系统，入射到纳米光纤内部，设置光强为微瓦量级，与传输来的第一光束在无偏振分束镜上叠加干涉后形成第三光束，传输至普通探测器，转换为电信号输入示波器，示波器得到信号用于优化干涉对比度，当两束光干涉对比度调节到最大时，第二光束照射到纳米光纤的腰部，光强设置单光子量级，与传输来的第一光束在无偏振分束镜上叠加干涉后形成第四光束，传输至单光子探测器，单光子探测器将输入的光信号转换为电脉冲信号进入数据采集卡，对采集的数据进行傅里叶分析得到纳米光纤振动频率。
2.根据权利要求1所述的一种测量纳米光纤振动模式的装置，其特征在于：所述分光系统包括激光器的锁定光路以及分光光路，所述锁定光路以及分光光路分别用于待测纳米光纤系统和光频移系统。
3.根据权利要求2所述的一种测量纳米光纤振动模式的装置，其特征在于：所述光频移系统包括两个双通声光调制器，使得第一光束和第二光束的光频移22.5MHz。
4.根据权利要求3所述的一种测量纳米光纤振动模式的装置，其特征在于：所述纳米光纤是由普通单模光纤熔融拉锥制成，光纤最细的腰部直径在400-600nm，纳米光纤包含三个部分，单模光纤部分、锥区、腰部。
5.根据权利要求4所述的一种测量纳米光纤振动模式的装置，其特征在于：真空腔具有两个大窗片和六个小窗片，大窗片分别在真空腔的上下密封，六个小窗片分别在真空腔的侧面围绕一圈，纳米光纤的腰部处于真空腔体的中心位置，两端的单模...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晨曦，张鹏飞，李刚，张天才，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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