【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电波测量，特别涉及一种光纤集成单光端口原子无线电波传感探头和运行方法。
技术介绍
1、传统无线电波测量系统主要由金属天线作为传感器，测量电路作为测量部分构成，然而传统金属天线无线电波测量精确度受限于天线尺寸形状以及其本身金属结构，且响应带宽较窄。里德堡原子是指处于高主量子数的激发态原子，对外场响应灵敏，具有超宽响应带宽(dc到thz范围)及较大的电偶极跃迁偶极距，是优异的无线电波电场测量平台。
2、目前的原子无线电波传感器结构较为复杂，光学元器件冗杂，物理尺寸过大，复杂的物理结构导致探头对待测场扰动明显，无法实现精确的无线电波测量。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种光纤集成单光端口原子无线电波传感探头和运行方法，以解决原子无线电波传感器结构复杂，光学元器件冗杂，物理尺寸大，复杂的物理结构导致探头对待测场扰动明显，无法实现精确的无线电波测量的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，包括：
4、全光纤激光传输模块，所述全光纤激光传输模块接入并传播耦合光和探测光；
5、反射型原子探头模块，所述反射型原子探头模块连接所述全光纤激光传输模块，所述耦合光和所述探测光由所述全光纤激光传输模块进入所述反射型原子探头模块，所述反射型原子探头模块在所述耦合光和所述探测光的激励下产生里德堡原子，所述里德堡原子与待测无线电波相互作用
6、数据处理模块，所述数据处理模块连接所述全光纤激光传输模块，由所述反射型原子探头模块反射回的所述探测光，经由所述全光纤激光传输模块传入所述数据处理模块，所述数据处理模块对探测光进行光电转换，处理并提取无线电波信息；
7、其中，所述全光纤激光传输模块的传输光路为全光纤集成，所述反射型原子探头模块内的传感单元有且仅有一个光输入端口。
8、可选地，所述全光纤激光传输模块设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中，所述第一端口和所述第二端口为输入端口，所述第三端口为双向端口，所述第四端口为输出端口，所述耦合光与所述探测光自所述第一端口与所述第二端口接入所述全光纤激光传输模块，所述第三端口接入所述反射型原子探头模块，所述耦合光与所述探测光通过所述第三端口同向共线输入至所述反射型原子探头模块，自所述反射型原子探头模块反射回的携带无线电波信息的所述探测光耦合回所述第三端口进入全光纤激光传输模块，由所述第四端口传入所述数据处理模块。
9、可选地，所述全光纤激光传输模块包括第一光纤环形器和第二光纤环形器，所述第一光纤环形器将正向传播的所述探测光与所述耦合光进行合束，所述第二光纤环形器件传输正向传播的合束激光，并分离反向传播携带无线电波信息的所述探测光，其中，所述正向传播为光自所述全光纤激光传输模块向所述反射型原子探头模块传播，所述反向传播为光自所述反射型原子探头模块向所述全光纤激光传输模块反射。
10、可选地，所述光纤环形器为三端口光纤器件，所述光纤环形器上设有第一光纤端口、第二光纤端口和第三光纤端口，其中，所述第一光纤端口向所述第二光纤端口单向传输，所述第二光纤端口和所述第三光纤端口双向传输，所述第一光纤端口和所述第三光纤端口双向截止。
11、可选地，所述全光纤激光传输模块包括光纤环形器和波分复用器，所述光纤环形器传输正向传播输入的所述探测光，并分离反向传播携带无线电波信息的所述探测光，所述波分复用器将正向传播的所述探测光与正向传播的耦合光合束，输入至所述反射型原子探头模块，并传输反向传播携带无线电波信息的所述探测光。
12、可选地，所述光纤波分复用器设有第一分复用端口、第二分复用端口和第三分复用端口，其中，所述第一分复用端口和所述第三分复用端口、所述第二分复用端口和所述第三分复用端口对预定波长双向传输，第一分复用端口和第二分复用端口双向截止。
13、可选地，还包括外壳，所述外壳内设置适配所述反射型原子探头模块的固定结构，所述反射型原子探头模块包括空间匹配光路和反射型原子气室，所述空间匹配光路将光纤中输出的激光准直并纯化偏振后进入所述反射型原子气室，所述反射型原子气室尾部镀所述探测光波段反射涂层，携带无线电波信息的所述探测光由所述反射涂层反射，所述空间匹配光路耦合反射的所述探测光进入全光纤激光传输模块。
14、可选地，所述空间匹配光路包括宽带准直头和pbs纯化偏振器，所述宽带准直头准直输出合束激光，所述pbs纯化偏振器为合束激光水平偏振后入射所述反射型原子气室，反向传播携带无线电波信息的所述探测光通过所述宽带准直头耦合进入所述全光纤激光传输模块。
15、可选地，所述空间匹配光路包括接有光纤尾纤的渐变折射率透镜，所述渐变折射率透镜准直输出合束激光，并耦合返回的携带无线电波信息的所述探测光进入所述全光纤激光传输模块。
16、另一方面，本专利技术还提供一种光纤集成单光端口原子无线电波传感探头的运行方法，包括：
17、全光纤激光传输模块接入探测光与耦合光，将探测光与耦合光同向共线输入反射型原子探头模块；
18、空间匹配光路准直输出激光进入反射型原子气室；
19、反射携带无线电波信息的探测光；
20、空间匹配光路耦合携带无线电信息的探测光进入全光纤激光传输模块；
21、全光纤激光传输模块将携带无线电波信息的探测光输入数据处理模块；
22、数据处理模块分析处理后提取无线电波场强与偏振信息。
23、上述实施例中，通过在全光纤激光传输模块将探测光与耦合光共线合束输出，在保证探测光与耦合光在反射型原子探头模块内部重合的同时，提高携带无线电波信息的返回光耦合入激光传输模块的效率。
24、上述实施例中，反射型原子探头模块采用单光端口设计，输入探测光、耦合光与返回的携带无线电波信息的探测光经同一光端口出射与耦合，简化反射型原子探头模块与全光纤激光传输模块之间的光纤数量，反射型原子探头模块内部的核心传感单元单端口设计有效降低了传感单元形状的不规则性，减小了核心传感单元由于形状不规则对待测目标电磁场的扰动，能够实现更加精确的测量。
25、上述实施例中，基于里德堡原子无线电波精密测量原理，将必要光学元器件集成于反射型原子探头中，探头外壳选用非金属材料，不影响无线电波与原子相互作用，探头与光纤部分仅靠单端口光纤连接，实现高稳定、便携式、低扰动、可手持的原子传感单元。
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1.一种光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述全光纤激光传输模块设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中，所述第一端口和所述第二端口为输入端口，所述第三端口为双向端口，所述第四端口为输出端口，所述耦合光与所述探测光自所述第一端口与所述第二端口接入所述全光纤激光传输模块，所述第三端口接入所述反射型原子探头模块，所述耦合光与所述探测光通过所述第三端口同向共线输入至所述反射型原子探头模块，自所述反射型原子探头模块反射回的携带无线电波信息的所述探测光耦合回所述第三端口进入全光纤激光传输模块，由所述第四端口传入所述数据处理模块。
3.根据权利要求2所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述全光纤激光传输模块包括第一光纤环形器和第二光纤环形器，所述第一光纤环形器将正向传播的所述探测光与所述耦合光进行合束，所述第二光纤环形器件传输正向传播的合束激光，并分离反向传播携带无线电波信息的所述探测光，其中，所述正向传播为光自所述全光纤激光传输模块向所述反射
4.根据权利要求3所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述光纤环形器为三端口光纤器件，所述光纤环形器上设有第一光纤端口、第二光纤端口和第三光纤端口，其中，所述第一光纤端口向所述第二光纤端口单向传输，所述第二光纤端口和所述第三光纤端口双向传输，所述第一光纤端口和所述第三光纤端口双向截止。
5.根据权利要求2所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述全光纤激光传输模块包括光纤环形器和波分复用器，所述光纤环形器传输正向传播输入的所述探测光，并分离反向传播携带无线电波信息的所述探测光，所述波分复用器将正向传播的所述探测光与正向传播的耦合光合束，输入至所述反射型原子探头模块，并传输反向传播携带无线电波信息的所述探测光。
6.根据权利要求5所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述光纤波分复用器设有第一分复用端口、第二分复用端口和第三分复用端口，其中，所述第一分复用端口和所述第三分复用端口、所述第二分复用端口和所述第三分复用端口对预定波长双向传输，第一分复用端口和第二分复用端口双向截止。
7.根据权利要求1所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，还包括外壳，所述外壳内设置适配所述反射型原子探头模块的固定结构，所述反射型原子探头模块包括空间匹配光路和反射型原子气室，所述空间匹配光路将光纤中输出的激光准直并纯化偏振后进入所述反射型原子气室，所述反射型原子气室尾部镀所述探测光波段反射涂层，携带无线电波信息的所述探测光由所述反射涂层反射，所述空间匹配光路耦合反射的所述探测光进入全光纤激光传输模块。
8.根据权利要求1所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述空间匹配光路包括宽带准直头和PBS纯化偏振器，所述宽带准直头准直输出合束激光，所述PBS纯化偏振器为合束激光水平偏振后入射所述反射型原子气室，反向传播携带无线电波信息的所述探测光通过所述宽带准直头耦合进入所述全光纤激光传输模块。
9.根据权利要求1所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述空间匹配光路包括接有光纤尾纤的渐变折射率透镜，所述渐变折射率透镜准直输出合束激光，并耦合返回的携带无线电波信息的所述探测光进入所述全光纤激光传输模块。
10.一种光纤集成单光端口原子无线电波传感探头的运行方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述全光纤激光传输模块设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中，所述第一端口和所述第二端口为输入端口，所述第三端口为双向端口，所述第四端口为输出端口，所述耦合光与所述探测光自所述第一端口与所述第二端口接入所述全光纤激光传输模块，所述第三端口接入所述反射型原子探头模块，所述耦合光与所述探测光通过所述第三端口同向共线输入至所述反射型原子探头模块，自所述反射型原子探头模块反射回的携带无线电波信息的所述探测光耦合回所述第三端口进入全光纤激光传输模块，由所述第四端口传入所述数据处理模块。
3.根据权利要求2所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述全光纤激光传输模块包括第一光纤环形器和第二光纤环形器，所述第一光纤环形器将正向传播的所述探测光与所述耦合光进行合束，所述第二光纤环形器件传输正向传播的合束激光，并分离反向传播携带无线电波信息的所述探测光，其中，所述正向传播为光自所述全光纤激光传输模块向所述反射型原子探头模块传播，所述反向传播为光自所述反射型原子探头模块向所述全光纤激光传输模块反射。
4.根据权利要求3所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述光纤环形器为三端口光纤器件，所述光纤环形器上设有第一光纤端口、第二光纤端口和第三光纤端口，其中，所述第一光纤端口向所述第二光纤端口单向传输，所述第二光纤端口和所述第三光纤端口双向传输，所述第一光纤端口和所述第三光纤端口双向截止。
5.根据权利要求2所述的光纤集成单光端口原子无线电波传感探头，其特征在于，所述全光纤激光传输模块包括光纤环形器和波分复用器，所述光纤环形器传输正向传播输入的所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛诗雨，景明勇，胡超洋，张临杰，张好，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：
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