一种提高微波电场测量空间分辨率的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高微波电场测量空间分辨率的装置及方法，装置包括：柱透镜组、法布里

【技术实现步骤摘要】
一种提高微波电场测量空间分辨率的装置及方法


[0001]本专利技术涉及微波电场领域，具体涉及一种提高微波电场测量空间分辨率的装置及方法。

技术介绍

[0002]里德堡原子由于具有大的电偶极矩，因此在量子存储、量子计算、量子仿真、量子传感器方面有非常大的应用前景。基于里德堡原子的阶梯型电磁感应透明受到广泛的研究，近几年人们发展了基于里德堡原子的电磁感应透明(EIT)和Autler-Townes(AT)分裂效应来测量微波电场的方案，可以从AT分裂的间距可以直接得到微波电场的强度。这种微波电场量子传感器为微波电场的测量提供了量子基准[Nature Physics,8,819-824(2012)]，具有自校准、精度高、灵敏度高等优势倍受到人们的关注。如何同时高空间分辨地测量微波电场是微波在医疗保健、材料无损检测、雷达等应用领域中的关键核心问题之一。目前微波电场量子传感器的空间分辨率是指激光束的尺寸，但在实际应用中，为了获得足够的信噪比，一般将探测光和耦合光两束光在原子蒸汽池中反向传播并重合，然后信号是来自两束光在传播方向上与原子相互作用的所有信号的叠加，也就是空间分辨只是在光束横截面上的二维分辨，这个分辨与光斑大小一样可以精确到几百个微米[Nature Physics,8,819-824(2012)]，或者用CCD观测光斑实现更高的二维空间分辨[Opt.Lett.39,3030-3033(2014)]。但在光束传播方向上并没有实现高空间分辨，一般是需要几十个毫米的作用长度才能得到信噪比足够好的信号。也有将原子蒸汽池的尺寸做到很小，但同样信号仍无法获得激光传输方向上的高空间分辨测量。总之，目前的方法很难得到真正三维的空间分辨。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种提高微波电场测量空间分辨率的装置及方法，可以同时高效地获得高精度三维空间分辨的微波电场测量。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，所述装置包括：柱透镜组、法布里-珀罗光学谐振腔、方形原子蒸汽池以及具有空间分辨能力的探测器；探测光从一侧射入所述柱透镜组，耦合光从另一侧射入所述方形原子蒸汽池；
[0006]所述柱透镜组位于所述法布里-珀罗光学谐振腔上方，用于将所述探测光从高斯光束转变为薄片光束后耦合进所述法布里-珀罗光学谐振腔；
[0007]所述法布里-珀罗光学谐振腔包括两面水平设置且相互平行的反射镜，所述方形原子蒸汽池位于两面反射镜中间，位于上方的反射镜两端分别安装有压电陶瓷，用于精确控制腔长；
[0008]所述探测光的薄片光束耦合进所述法布里-珀罗光学谐振腔中，穿过所述方形原子蒸汽池后，再经位于下方的反射镜射出；所述耦合光从另一侧射入所述方形原子蒸汽池中，与所述探测光的薄片光束在所述方形原子蒸汽池中垂直相交；
[0009]所述探测器位于所述法布里-珀罗光学谐振腔下方，用于收集所述探测光，获得所述探测光的空间分辨的光谱信息。
[0010]进一步，如上所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，所述柱透镜组包括从左至右依次设置的两面竖直设置且相互平行的柱透镜，以及一面与水平方向呈预设角度的反射镜，所述两面柱透镜的间距是二者的焦距之和。
[0011]进一步，如上所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，所述法布里-珀罗光学谐振腔的两面反射镜为镀膜的反射镜，镀膜材料为介质膜。
[0012]进一步，如上所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，所述法布里-珀罗光学谐振腔的镀膜反射率为96.91％，精细度为100。
[0013]进一步，如上所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，所述法布里-珀罗光学谐振腔的腔长为1.5cm，自由程为10GHz。
[0014]进一步，如上所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，所述耦合光通过两面相互平行的反射镜射入所述方形原子蒸汽池。
[0015]进一步，如上所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，所述探测器为阵列式的光电二极管或CCD。
[0016]进一步，如上所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，所述探测光为波长780nm探测光，所述法布里-珀罗光学谐振腔为波长780nm法布里-珀罗光学谐振腔。
[0017]本专利技术实施例中还提供了一种提高微波电场测量空间分辨率的方法，所述方法包括：
[0018](1)将探测光从一侧射入柱透镜组，耦合光从另一侧射入方形原子蒸汽池；
[0019](2)所述柱透镜组将所述探测光从高斯光束转变为薄片光束后耦合进法布里-珀罗光学谐振腔；
[0020](3)所述探测光的薄片光束耦合进所述法布里-珀罗光学谐振腔中，穿过所述方形原子蒸汽池后，再经位于下方的反射镜射出，同时所述耦合光从另一侧射入所述方形原子蒸汽池中，使所述耦合光与所述探测光的薄片光束在所述方形原子蒸汽池中垂直相交；
[0021](4)所述探测器收集从所述法布里-珀罗光学谐振腔下方射出的所述探测光，获得所述探测光的光谱信息。
[0022]进一步，如上所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的方法，步骤(4)包括：
[0023]所述探测器在扫描所述探测光频率时，同时记录所述探测光强在空间上的变化，通过选取像素点合集，得到在Y-Z平面上的里德堡原子电磁感应透明的AT分裂光谱，从所述AT分裂光谱中得到微波电场强度，进而得到XYZ三个方向的微波电场的强度，即同时获得真正的微波电场三维空间高分辨测量。
[0024]本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用柱透镜将探测光整形成薄片光束，耦合光从另一侧射入方形原子蒸汽池，在传播过程中使耦合光与探测光的薄片光束在方形原子蒸汽池中垂直相交。同时在方形原子蒸汽池的外部增加法布里-珀罗光学谐振腔，利用光学腔的来回反射增加探测光、耦合光与原子相互作用的长度，提高探测器信号读取的信噪比，进而同时获得真正的微波电场三维空间分辨测量，这种微波探测可以应用在医疗保健、材料无损检测、雷达等领域。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中提供的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例中提供的实验数据分析示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例中提供的里德堡EIT的AT分裂示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例中提供的一种提高微波电场测量空间分辨率的方法的流程示意图。
[0029]附图中，1-探测光，2-柱透镜组，3-方形原子蒸汽池，4-法布里-珀罗光学谐振腔，5-压电陶瓷，6-耦合光，7-探测器。
具体实施方式
[0030]下面结合说明书附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。
[0031]如图1所示，一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，装置包括：柱透镜、法布里-珀罗光学谐振腔、方形原子蒸汽池以及具有空间分辨能力的探测器；探测光从一侧射入柱透镜，耦合光从另一侧射入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，其特征在于，所述装置包括：柱透镜组、法布里-珀罗光学谐振腔、方形原子蒸汽池以及具有空间分辨能力的探测器；探测光从一侧射入所述柱透镜组，耦合光从另一侧射入所述方形原子蒸汽池；所述柱透镜组位于所述法布里-珀罗光学谐振腔上方，用于将所述探测光从高斯光束转变为薄片光束后耦合进所述法布里-珀罗光学谐振腔；所述法布里-珀罗光学谐振腔包括两面水平设置且相互平行的反射镜，所述方形原子蒸汽池位于两面反射镜中间，位于上方的反射镜两端分别安装有压电陶瓷，用于精确控制腔长；所述探测光的薄片光束耦合进所述法布里-珀罗光学谐振腔中，穿过所述方形原子蒸汽池后，再经位于下方的反射镜射出；所述耦合光从另一侧射入所述方形原子蒸汽池中，与所述探测光的薄片光束在所述方形原子蒸汽池中垂直相交；所述探测器位于所述法布里-珀罗光学谐振腔下方，用于收集所述探测光，获得所述探测光的空间分辨的光谱信息。2.根据权利要求1所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，其特征在于，所述柱透镜组包括从左至右依次设置的两面竖直设置且相互平行的柱透镜，以及一面与水平方向呈预设角度的反射镜，所述两面柱透镜的间距是二者的焦距之和。3.根据权利要求1所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，其特征在于，所述法布里-珀罗光学谐振腔的两面反射镜为镀膜的反射镜，镀膜材料为介质膜。4.根据权利要求1所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，其特征在于，所述法布里-珀罗光学谐振腔的镀膜反射率为96.91％，精细度为100。5.根据权利要求1所述的一种提高微波电场测量空间分辨率的装置，其特征在于，所述法布里-珀罗光学谐振腔的腔长为1.5cm，自由程为...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾凤东，谢锋，张剑，钟志萍，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：