【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电伺服控制，具体涉及一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置及方法。
技术介绍
1、原子干涉仪是一种超高精度的物质波探测传感器，以其为技术基础衍生出的冷原子重力仪和冷原子陀螺仪已经在地质测量等领域得到积极的应用。原子干涉仪的核心步骤之一是通过拉曼光干涉以改变原子内态布居数，干涉区域对磁场环境敏感，一般要求通过磁屏蔽桶和磁场补偿线圈的方式对外界磁场屏蔽，避免磁场干扰。因此磁屏蔽筒安装好后，内部安装的光路末端元器件无法通过手动调节，除非拆卸。但是通过伺服控制的方式对内部光学元件进行毫米乃至更大行程范围的调整，一般需要安装电机等机构。传统电机一般含有永磁体组件，引入磁屏蔽筒内部后将引起内部磁场的不均匀性，而且很难通过周密的磁场补偿线圈系统补偿。
2、cn111834875a一种冷原子干涉冷却激光功率稳定系统及方法，采用声光调制器作为伺服调节器件控制光功率。其需要射频源驱动，无法安装在磁屏蔽区域内部，在光路中该器件至光路末端之间的光功率损耗波动无法被有效控制。另一方面，其作为一种有源器件，其衍射效率稳定性随着长时间使用而下降。且该方案未能将功率与偏振态稳定方案集成起来。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：基于超声波电机采用无磁材料制作的特点，设计了一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置及方法。通过安装于磁屏蔽筒内部的无磁调光系统，以及外部的控制系统，能够用于无磁环境中的拉曼光的光强和偏振态调节。
2、本专利技术的技术方案：
3、第一方面
4、所述无磁调光系统1安装于磁屏蔽区域的内部，用于在无磁工况环境下调节拉曼光的光强和偏振态；
5、所述控制系统2安装于磁屏蔽区域的外部，用于接收并处理无磁调光系统的测量信号，并将反馈控制信号作用于无磁调光系统。
6、进一步的，
7、所述无磁调光系统1包括二分之一波片101，第一超声波电机102，四分之一波片103，第二超声波电机104，拉曼光束105，偏振分光棱镜106，分光棱镜107，第一光电二极管108，第二光电二极管109，真空腔111，反射镜115；
8、所述二分之一波片101贴合于第一超声波电机102的转子上，所述四分之一波片103贴合于第二超声波电机104的转子上；
9、拉曼光束105依次通过二分之一波片101、偏振分光棱镜106、分光棱镜107、真空腔111、四分之一波片103、反射镜115；分光棱镜107将部分光反射到第一光电二极管108；
10、反射镜115反射光依次通过四分之一波片103、真空腔111、分光棱镜107、振偏分光棱镜106；振偏分光棱镜106将部分光反射到第二光电二极管109；
11、经分光棱镜107入射真空腔111的拉曼光束，和经反射镜115、四分之一波片103再次入射真空腔111的拉曼光束均为线偏振光，且二者的偏振方向相互垂直。
12、进一步的，
13、所述无磁调光系统1包括二分之一波片101，第一超声波电机102，四分之一波片103，第二超声波电机104，拉曼光束105，偏振分光棱镜106，分光棱镜107，第一光电二极管108，第二光电二极管109，真空腔111，反射镜115；
14、所述二分之一波片101贴合于第一超声波电机102的转子上，所述四分之一波片103贴合于第二超声波电机104的转子上；
15、拉曼光束105依次通过二分之一波片101、偏振分光棱镜106、分光棱镜107、四分之一波片103、真空腔111、反射镜115；分光棱镜107将部分光反射到第一光电二极管108；
16、反射镜115反射光依次通过真空腔111、四分之一波片103、分光棱镜107、振偏分光棱镜106；振偏分光棱镜106将部分光反射到第二光电二极管109；
17、经分光棱镜107、四分之一波片103入射真空腔111的拉曼光束，和经反射镜115再次入射真空腔111的拉曼光束均为圆偏振光，且二者的偏振方向相反。
18、进一步的，
19、第一超声波电机用于调整二分之一波片的角度，改变通过偏振分光棱镜后透射光的光强；通过分光棱镜将预设比例的光通过第一光电二极管采集，再通过控制系统反馈控制第一超声波电机，实现对拉曼光束光强的闭环稳定调节。
20、进一步的，
21、第二超声波电机用于调整四分之一波片的角度，改变通过四分之一波片后透射光的偏振态；所述拉曼光束经所述反射镜反射，两次透射四分之一波片，返回光通过偏振分光棱镜，发生反射的部分光通过第二光电二极管采集，再通过控制系统反馈控制第二超声波电机，实现对拉曼光束偏振态的闭环稳定调节。
22、进一步的，
23、所述二分之一波片或四分之一波片镀有增透膜，所述反射镜镀有增反膜。
24、第二方面，本专利技术提供一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节方法，所述方法应用于第一方面所述的装置，所述方法包括：
25、s1，采集器接收并处理第一光电二极管的信号，控制器根据分光棱镜的分光比计算进入真空腔的光强，并与内部设定的光强参考值进行比较，通过驱动器控制第一超声波电机进行反馈控制，实现进入真空腔的光强稳定；
26、s2，第二光电二极管接收来自偏振分光棱镜的反射光，第二光电二极管的光电信号经采集器采集，并输入控制器；通过控制器调节第二超声波电机，使偏振分光棱镜反射的光强最强，使得拉曼光束通过真空腔以及反射再次通过真空腔的光偏振态分别为偏振方向互相垂直的线偏振，用于实现拉曼光束的偏振态稳定。
27、进一步的，s1具体为：
28、采集器接收并处理第一光电二极管的信号，控制器根据分光棱镜的分光比k计算进入真空腔的光强，并与内部设定的光强参考值iref进行比较；光强参考值应满足关系：其中，i0为拉曼光束原始光强；
29、第一超声波电机带动二分之一波片旋转，电机旋转角度为θ1、二分之一波片光轴与拉曼光束偏振方向的初始夹角为θ0，进入真空腔的拉曼光强i满足以下关系：由此解算电机旋转角度θ1；
30、通过驱动器控制第一超声波电机的旋转角度进行反馈控制，实现进入真空腔的拉曼光光强稳定。
31、进一步的，s2具体为：
32、采集器接收并处理第二光电二极管的信号vpd2，设光电流系数为k2，则第二光电二极管测量的光强用vpd2mk2表示；
33、控制器根据分光棱镜的分光比k计算拉曼光束经过反射镜反射后第二次进入真空腔的光强，其中，分光比指透射光与反射光的强度比；并与内部设定的第二光强参考值iref2比较；其中，第二光强参考值满足关系
34、第二超声波电机带动四分之一波片旋转，电机旋转角度为θ2、四分之一波片光轴与拉曼光束偏振方向的初始夹角为θ02，解算电机旋转角度θ2表示为
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1.一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，包括无磁调光系统(1)和控制系统(2)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，所述无磁调光系统(1)包括二分之一波片(101)，第一超声波电机(102)，四分之一波片(103)，第二超声波电机(104)，拉曼光束(105)，偏振分光棱镜(106)，分光棱镜(107)，第一光电二极管(108)，第二光电二极管(109)，真空腔(111)，反射镜(115)；
4.根据权利要求2所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，第一超声波电机用于调整二分之一波片的角度，改变通过偏振分光棱镜后透射光的光强；通过分光棱镜将预设比例的光通过第一光电二极管采集，再通过控制系统反馈控制第一超声波电机，实现对拉曼光束光强的闭环稳定调节。
5.根据权利要求2所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，第二超声波电机用于调整四分之一波片的角度，改变通过四分
6.根据权利要求2所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，所述二分之一波片或四分之一波片镀有增透膜，所述反射镜镀有增反膜。
7.一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-6中任一项所述的装置，所述方法包括：
8.根据权利要求7所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节方法，其特征在于，S1具体为：
9.根据权利要求7所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节方法，其特征在于，S2具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，包括无磁调光系统(1)和控制系统(2)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，所述无磁调光系统(1)包括二分之一波片(101)，第一超声波电机(102)，四分之一波片(103)，第二超声波电机(104)，拉曼光束(105)，偏振分光棱镜(106)，分光棱镜(107)，第一光电二极管(108)，第二光电二极管(109)，真空腔(111)，反射镜(115)；
4.根据权利要求2所述的一种用于原子干涉仪的拉曼光无磁调节装置，其特征在于，第一超声波电机用于调整二分之一波片的角度，改变通过偏振分光棱镜后透射光的光强；通过分光棱镜将预设比例的光通过第一光电二极管采集，再通过控制系统反馈控制第一超声波电机，实现对拉曼光束光强的闭环稳定调节。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宇晨，王佳怡，刘元正，牛克骁，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：
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