一种光纤接入即插即用式双光原子微波传感器

1.本实用新型属于微波电场探测技术领域，具体涉及一种光纤接入即插即用式双光原子微波传感器。适用于弱微波场的探测与通信等应用领域。


背景技术：

2.微波通信系统由发信机、收信机、天馈线系统、多路复用设备、及用户终端设备等组成。而微波收信机是其中最为重要的一部分，也就是微波的探测系统，微波的探测不仅可以应用于通信行业，还可以应用于武器远程探测技术、航空技术、遥感技术以及远程人体生命体征监测技术等等。传统的微波探测天线使用的是带阻抗的负载偶极天线和二极管探测器，二极管的输出通过一个高阻抗的电线与一个直流电压测量计连接(大约10000kω/m)，当二极管置入一个电场中时，二极管将会修正电磁场然后记录直流电压，电压值会随着电磁场的变化而变化。这种类型的探测器虽然用了40多年，但是仍然有它的缺陷：(1)它需要校准，并且校准过程繁琐；(2)探头的灵敏度会受偶极天线长度的影响；(3)探头中的金属会干扰被测量的场；(4)探头能检测最低的场强度为100mv/m；(5)天线的工作频段很窄。而在量子系统中，里德堡原子构成的微波天线正好能够克服以上缺陷。因为里德堡态原子具有原子尺度较大(正比与n2)，受原子实束缚较弱(正比与n-2
)的特点，易受外场影响；里德堡态的原子具有很大的诱导电偶极矩，处于外场中会有很强的相互作用；并且高里德堡态原子能级间隔较小，相邻里德堡态之间的跃迁频率(100mhz-500 ghz)通常处于微波的范围内。这些特性使里德堡原子在测量微波电场特别是微弱的电场具有很好的优势。目前已经有一些研究小组在实验和理论上对里德堡原子的传感器进行了研究，在测量微波电场上也达到了很高的灵敏度。
3.但是，目前基于双光微波探测实验装置的构型都是采用双光对射式，对射式构型要求两束激光分别从里德堡原子微波传感器作用腔体部分两段入射，这就导致激光接入部分与原子微波传感器作用腔体部分无法分离，无法实现传感组件的器件化，便于人们使用及生产组装。
4.本实用新型基于里德堡原子传感器诸多特性和实验室成果，提出并实现了一种将光学元器件集成在一个小尺寸光学盒中，并设计一种全光纤即插即用接入式耦合接口。该器件具有抗干扰能力强，体积小巧，使用便利，可大规模生产，并广泛应用于弱微波场探测与通信等重要领域。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种光纤接入即插即用式双光原子微波传感器，满足在原子传感器领域对微波探测的需求。
6.本实用新型的上述目的通过以下技术手段实现：
7.一种光纤接入即插即用式双光原子微波传感器，包括第一激光光纤输入接口和第二激光光纤输入接口，经第一激光光纤输入接口输入的第一波长光经过二分之一玻片后透
射偏振分光棱镜，再通过四分之一玻片之后透射第一双色镜形成第一待合束光，经第二激光光纤输入接口输入的第二波长光经第一双色镜反射形成第二待合束光，第一待合束光和第二待合束光合束形成入射合束光，入射合束光通过原子气室后形成出射合束光，出射合束光中第二波长光被第二双色镜分离打在第一挡光板处，出射合束光中的第一波长光由垂直镀银的第四反射镜反射，经垂直镀银的第四反射镜反射获得的反射光依次穿过第二双色镜、原子气室、第一双色镜、以及四分之一玻片，再经偏振分光棱镜反射后由光电探测器探测，光电探测器与电子输出接口连接。
8.如上所述原子气室镀有宽带增透膜。
9.一种光纤接入即插即用式双光原子微波传感器，还包括非金属外壳和盖设在非金属外壳上的非金属顶部盖子，非金属外壳的一侧侧面上设置第一激光光纤输入接口、第二激光光纤输入接口和电子输出接口，光学金属台面通过防震橡胶支脚支撑并固定在非金属外壳内部，光学金属台面和非金属外壳之间通过防震橡胶连接固定，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、二分之一玻片、偏振分光棱镜、四分之一玻片、第一双色镜、第二双色镜、原子气室、第一挡光板、第二挡光板和光电探测器均通过对应的支杆设置在对应的底座上，各个底座固定在光学金属台面上。
10.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
11.1.本实用新型结构稳定，满足在原子传感器领域对微波探测的需求。
12.2.本实用新型将原子微波传感器与外部激光系统彻底分开，变得更加的简洁便利，方便拆卸与组装，能够大规模生产和应用。
13.3.本实用新型将所有装置集成于一个非金属箱体中，大大减小体积，节省成本，内部元件调试固定之后即可使用，每次使用无需再调节优化，非常便利。
14.4.将光纤接口集中在箱体一侧，实现即插即用，还可以根据各自需求更换不同频率的第一波长光和第二波长光，以达到不同的需求。
附图说明
15.图1为主体框架的剖面结构示意图；
16.其中：
17.11—非金属外壳；
18.12—非金属顶部盖子；
19.13—激光光纤输入接口；
20.14—防震橡胶支脚；
21.15—光学金属平台；
22.161—底座，162—支杆；
23.17—电子输出接口。
24.图2为本实用新型主要光学结构示意图；
25.其中：
26.131—第一激光光纤输入接口，132—第一激光光纤输入接口；
27.211—第一反射镜，212—第二反射镜，213—第三反射镜，214—第四反射镜；
28.22—二分之一玻片；
29.23—偏振分光棱镜；
30.24—四分之一玻片；
31.251—第一双色镜，252—第二双色镜；
32.26—原子气室；
33.271—第一挡光板，272—第二挡光板；
34.28—光电探测器。
35.图3为本实用新型实施方案简略图，其中(a)为测量的第一种实施方案，(b)为测量的第二种实施方案；
36.其中：31-原子微波传感器(本实用新型简称)；32-载波；33-本地场。
具体实施方式
37.为了便于本领域普通技术人员理解和实施实用新型，下面结合实例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
38.以下结合波长为780nm的第一波长光和波长为1480nm的第二波长光激发
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rb原子至n＝70里德堡态的方案，基于实例阐述本实用新型的工作原理。
39.如图1所示，一种光纤接入即插即用式双光原子微波传感器，包括非金属外壳11和非金属顶部盖子12所组成的箱体，箱体的左侧侧面上分布着激光光纤输入接口13和电子输出接口17。在箱体内部，光学金属台面15通过防震橡胶支脚14支撑并固定在箱体内部，同时光学金属台面15也和非金属外壳11之间通过防震橡胶软连接以固定，这样就构造出一种集成化的防震光学平台。以该防震光学平台为基础，箱体内的各个光学元器件通过对应的支杆162设置在对应的底座161上，各个底座161固定在光学金属台面15上，光学元器件包括第一反射镜211、第二反射镜212、第三反射镜213、第四反射镜214、二分之一玻片22、偏振分光棱镜23、四分之一玻片24、第一双色镜251、第二双色镜252、原子气室26、第一挡光板271、第二挡光板272和光电探测器28，其中第一挡光板271也可直接粘贴在箱体内壁。
40.激光光纤输入接口13包括第一激光光纤输入接口131和第二激光光纤输入接口132，分别对应波长为780nm的第一波长光和波长为1480nm的第二波长光的输入。
41.经第二激光光纤输入接口132输入的第二波长光经第三反射镜231反射后再经第一双色镜251反射形成第二待合束光。
42.经第一激光光纤输入接口131输入的第一波长光先依次通过第一反射镜211和第二反射镜212反射，再经过二分之一玻片22后透射偏振分光棱镜23(偏振分光棱镜23产生的少量反射光经第二挡光板272吸收)，二分之一玻片22可用于调节780nm激光的功率，再通过一个四分之一玻片24之后透射第一双色镜251形成第一待合束光，第一待合束光和第二待合束光合束形成入射合束光。入射合束光通过镀有宽带增透膜的原子气室26(rb气室)后形成出射合束光，出射合束光中的波长为1480nm的激光被第二双色镜252分离打在第一挡光板271处，而出射合束光中的波长为780nm的激光经过垂直镀银的第四反射镜214反射后沿原光路返回，即经垂直镀银的第四反射镜214反射获得的反射光依次穿过第二双色镜252、原子气室26、第一双色镜251、以及四分之一玻片24，再经偏振分光棱镜23反射后由光电探测器28探测，光电探测器28将接收到的光学信号转换成电信号后，电信号经过电子输出接
口17输出至信号处理电路中。
43.图3是本实用新型一种光纤接入即插即用式双光原子微波传感器的两种具体实施方案。第一种实施方案是该原子微波传感器31直接接收载有基带信号的载波32，载有基带信号的载波32作用于原子气室26(rb气室)。这种实施方案适用于载波32较强，但是基带信号微弱的情形。在这种实施方案下，由于原子微波传感器的“自解调”特性，电学输出接口17可直接输出基带信号。第二种实施方案是在该原子微波传感器31本地设置一个较强的本地场33，然后再接收远处传播来的载波32，远处传播来的载波32作用于原子气室26(rb气室)，其中本地场33与载波32有一个极小的频率差，这种情形适用于载波32功率本身就很小的情形。这种实施方案下，电学输出接口17输出载有基带信号的新的调制信号，需要对其进行解调。
44.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。