一种微波电场测量探头装置及使用方法制造方法及图纸

本申请公开了一种微波电场测量探头装置及使用方法，装置包括：原子蒸气室；原子蒸气室端部连接有双波长分光棱镜，双波长分光棱镜远离原子蒸气室一端连接有输入耦合光光纤准直组件和输出信号光光纤准直组件；原子蒸气室上连接有输入探测光光纤组件；输入探测光光纤组件连接于原子蒸气室远离双波长分光棱镜的一端，输入探测光光纤组件、输出信号光光纤准直组件和原子蒸气室处于同一轴心线上；探测光能够穿过双波长分光棱镜进入输出信号光光纤准直组件；进入原子蒸气室内的耦合光能够与原子蒸气室内可穿过双波长分光棱镜的探测光重合。实现提高光收集效率和使用灵活性的目的。实现提高光收集效率和使用灵活性的目的。实现提高光收集效率和使用灵活性的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种微波电场测量探头装置及使用方法


[0001]本申请涉及微波电场测量
，其涉及一种微波电场测量探头装置及使用方法，尤其涉及一种基于光纤耦合原子蒸气室结构的微波电场测量探头装置及使用方法。

技术介绍

[0002]传统的量子电场探头具有低集成度，不稳定，且不易移动，难以实现狭小空间的微波电场测试。而且基于自由空间放置光学镜片组成的光路，容易受到光学元件安装架的振动传递，导致双光束的重合度受到影响，指向变化会影响509nm和852nm光束重合度，由于只有光束重合区域原子才能感应微波电场，重合区域体积减少会导致接收电场的传感单元(里德堡原子)数目发生变化，致使电场测量信号降低，进而影响电场强度诱导的光谱分裂信号。尽管目前也有光纤接入原子气室的样品，但是探测信号光的收集效率低，限制了可测最小场强和信噪比。并且，在气室内部远离微波场源的方向上，场强大小不是随距离增加而减小，而是存在多个极大值和极小值，并且频率越高，不同光学路径上位置的电场大小差异性越大，因此光束指向路径改变会导致实测场强大小发生改变。
[0003]原有的直通式的原子电场探头方案如下图1所示，由于509nm的输入准直部分和852nm的输出耦合部分均经过准直镜部分A2，由于509nm和852nm的波长数值不同，经过clens准直或者clens耦合时的色散不同，导致聚焦焦点位置不同，为增强感应微波电场信号，当保证509nm平行光束和852nm在蒸气室内重合时，852nm从A2端口输出的效率就变低至50％，再加上外加的一个光纤的WDM用于将509nm激光和852nm激光分离，此器件损耗约为40
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50％，即WDM的最大效率为60％。实际上直通式的方案最高只能有30％。此时还不考虑“探头和光纤WDM之间的连接损耗。而且原有的直通式的连接点左右侧光纤为保证852nm和509nm同时使用，均使用PM630的光纤，其在852nm上透过率为80％，509nm的透过率为70％。

技术实现思路

[0004]本说明书实施例提出一种微波电场测量探头装置及使用方法，解决现有技术中光信号收集效率低，以及结构单一使用不够灵活的问题。
[0005]为此，本说明书实施例提供如下方案：
[0006]一方面，本申请实施例提供一种微波电场测量探头装置，包括：原子蒸气室。所述原子蒸气室端部连接有双波长分光棱镜，所述双波长分光棱镜远离所述原子蒸气室一端连接有输入耦合光光纤准直组件和输出信号光光纤准直组件；所述原子蒸气室上连接有输入探测光光纤组件。
[0007]输入耦合光光纤准直组件，用于接收耦合光，所述双波长分光棱镜能够将耦合光反射至所述原子蒸气室内。输出信号光光纤准直组件，用于输出探测光。输入探测光光纤组件，用于将探测光传递至所述原子蒸气室。
[0008]所述原子蒸气室端部连接有双波长分光棱镜，所述双波长分光棱镜远离所述原子蒸气室一端连接有输入耦合光光纤准直组件和输出信号光光纤准直组件；所述原子蒸气室
上连接有输入探测光光纤组件。
[0009]所述输入探测光光纤组件连接于所述原子蒸气室远离所述双波长分光棱镜的一端，所述输入探测光光纤组件、输出信号光光纤准直组件和原子蒸气室处于同一轴心线上；或，所述输入探测光光纤组件与所述双波长分光棱镜连接于所述原子蒸气室的同一端，所述原子蒸气室远离所述双波长分光棱镜的一端连接有角锥反射镜。
[0010]其中，探测光能够穿过所述双波长分光棱镜进入所述输出信号光光纤准直组件，探测光能够通过所述角锥反射镜进入所述原子蒸气室。
[0011]进一步的，所述原子蒸气室呈柱体结构，端面设有光增透膜。
[0012]进一步的，所述双波长分光棱镜包括直角三棱柱和与斜四棱柱，所述直角三棱柱包括直角面和三棱柱斜面，所述斜四棱柱包括入射耦合光窄面、出射光窄面和斜四棱柱斜面；
[0013]所述斜四棱柱斜面与所述直角三棱柱斜面连接；所述出射光窄面与所述原子蒸气室连接；所述入射耦合光窄面与所述输入耦合光光纤准直组件连接；
[0014]所述直角面、入射耦合光窄面和出射光窄面面设有光增透膜；所述三棱柱斜面、四棱柱斜面设有探测光增透膜和耦合光高反膜。
[0015]进一步的，所述出射光窄面与所述原子蒸气室通过光胶无缝粘接。
[0016]进一步的，所述入射耦合光窄面与所述输入耦合光光纤准直组件通过高强度紫外胶粘接。
[0017]进一步的，所述斜四棱柱斜面与所述直角三棱柱斜面通过光胶粘接。
[0018]进一步的，所述输出信号光光纤准直组件包括固定同轴玻璃管和设置于所述固定同轴玻璃管内的C形透镜和光纤端面，所述C形透镜与所述光纤端面间隔设置，所述C形透镜的角面和所述光纤端面的角面平行。
[0019]进一步的，若所述输入探测光光纤组件与所述双波长分光棱镜连接于所述原子蒸气室上的同一端，则，所述角锥反射镜包括激光入射面、第一反射斜面和第二反射斜面；
[0020]所述激光入射面上设有光增透膜，所述第一反射斜面和第二反射斜面上设有探测光的高反射膜和耦合光的高透膜且涂有黑漆，所述激光入射面与所述原子蒸气室连接。
[0021]进一步的，所述原子蒸气室、双波长分光棱镜、输出信号光光纤准直组件、输入耦合光光纤准直组件和输入探测光光纤组件均采用玻璃制成。
[0022]另一方面，本申请实施例提供一种微波电场测量探头装置的使用方法，包括以下步骤：若输入探测光光纤组件与所述输出信号光光纤准直组件处于所述原子蒸气室两端，则，包括以下步骤：
[0023]探测光经过输入探测光光纤准直组件进入到原子蒸气室；
[0024]经过原子蒸气室后，经过双波长分光棱镜透射进入到输出信号光光纤准直组件；
[0025]耦合光经过输入耦合光光纤准直组件实现大光束直径的平行光束，再经过双波长分光棱镜反射，进入到原子蒸气室内，与即将射出原子蒸气室的探测光重合；
[0026]若输入探测光纤准直器与所述输出信号光光纤准直组件处于所述原子蒸气室同一端，则，包括以下步骤：
[0027]探测光经过输入探测光光纤准直组件进入到原子蒸气室；
[0028]探测光穿过原子蒸气室后，经过角锥反射镜反射再次进入到原子蒸气室；
[0029]再次穿过原子蒸气室后，经过双波长分光棱镜透射进入到输出信号光光纤组件；
[0030]耦合光经过输入耦合光光纤准直组件实现大光束直径的平行光束，再经过双波长分光棱镜反射，进入到原子蒸气室内，与即将射出原子蒸气室的探测光重合。
[0031]本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0032]利用本专利技术的原子电场探头可以实现低损耗的探测激光传输耦合，高效率收集微波电场感应强度，得到高信噪比的光谱信号，提升原子电场计的测量灵敏度。
[0033]采用全玻璃的原子电场探头相比金属结构的电场探头具有低的介电常数，降低电场探头对被测微波电场的干扰。
[0034]利用光胶封装的光纤耦合式原子蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波电场测量探头装置，其特征在于，包括：原子蒸气室；所述原子蒸气室端部连接有双波长分光棱镜，所述双波长分光棱镜远离所述原子蒸气室一端连接有输入耦合光光纤准直组件和输出信号光光纤准直组件；所述原子蒸气室上连接有输入探测光光纤组件；所述输入探测光光纤组件连接于所述原子蒸气室远离所述双波长分光棱镜的一端，所述输入探测光光纤组件、输出信号光光纤准直组件和原子蒸气室处于同一轴心线上；或，所述输入探测光光纤组件与所述双波长分光棱镜连接于所述原子蒸气室的同一端，所述原子蒸气室远离所述双波长分光棱镜的一端连接有角锥反射镜；其中，探测光能够穿过所述双波长分光棱镜进入所述输出信号光光纤准直组件，探测光能够通过所述角锥反射镜进入所述原子蒸气室。2.如权利要求1所述的一种微波电场测量探头装置，其特征在于，所述原子蒸气室呈柱体结构，端面设有光增透膜。3.如权利要求1所述的一种微波电场测量探头装置，其特征在于，所述双波长分光棱镜包括直角三棱柱和与斜四棱柱，所述直角三棱柱包括直角面和三棱柱斜面，所述斜四棱柱包括入射耦合光窄面、出射光窄面和斜四棱柱斜面；所述斜四棱柱斜面与所述直角三棱柱斜面连接；所述出射光窄面与所述原子蒸气室连接；所述入射耦合光窄面与所述输入耦合光光纤准直组件连接；所述直角面、入射耦合光窄面和出射光窄面面设有光增透膜；所述三棱柱斜面、四棱柱斜面设有探测光增透膜和耦合光高反膜。4.如权利要求3所述的一种微波电场测量探头装置，其特征在于，所述出射光窄面与所述原子蒸气室通过光胶无缝粘接。5.如权利要求3所述的一种微波电场测量探头装置，其特征在于，所述入射耦合光窄面与所述输入耦合光光纤准直组件通过高强度紫外胶粘接。6.如权利要求3所述的一种微波电场测量探头装置，其特征在于，所述斜四棱柱斜面与所述直角三棱柱斜面通过光胶粘接。7.如权利要求1所述的一种微波电场测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳刚，成永杰，刘星汛，黄承祖，彭博，代明珍，康宁，齐万泉，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：