一种光偏振微小转角的光学干涉检测装置及方法

摘要

本发明涉及一种光偏振方向调制组件与光学干涉相结合来对光偏振微小转角进行检测的装置及方法。激光器产生的光束经分束器、起偏器后变成两束线偏振光，其中一束光经过旋光介质后其偏振方向会附加微小转角，另一束光经光偏振方向调制组件后其偏振方向被调制，之后两束光经消偏振分光棱镜及检偏器变成两束相干光束，进入光电探测器转变为电信号，数字处理器用于对电信号中与调制组件调制频率一致的一次谐波及其二次谐波信号进行提取计算，实现光偏振微小转角的测量。本发明将光偏振方向调制检测方法与光学干涉相结合，实现对光偏振微小转角信号的光学放大，可用于原子自旋磁强计、原子自旋陀螺仪等仪器对光偏振微小转角的精密测量。

主权项

一种光偏振微小转角的光学干涉检测装置，其特征在于：包括激光器(1)、分束器(2)、第一二分之一波片(3)、第一反射镜(4)、第一起偏器(5)、旋光介质(6)、消偏振分光棱镜(7)、检偏器(8)、光电探测器(9)、数字处理器(10)、光偏振方向调制组件(11)、第二起偏器(12)、第二二分之一波片(13)和第二反射镜(14)；第一起偏器(5)放置在第一反射镜(4)的后侧，第二起偏器(12)放置在第二反射镜(14)的后侧，第一起偏器(5)和第二起偏器(12)的透光方向均与检偏器(8)的透光方向垂直；消偏振分光棱镜(7)是反射率/透射率为50/50的消偏振分光棱镜；分束器(2)、第一二分之一波片(3)、第一起偏器(5)、第二二分之一波片(13)与第二起偏器(12)配合使用以调节第一光束、第三光束的光强，同时需保证第三光束的光强大于第一光束的光强；激光器(1)产生的光束经分束器(2)分成两束光，其中一束光经第一二分之一波片(3)、第一反射镜(4)、第一起偏器(5)后变为第一光束，第一光束经过旋光介质(6)后其偏振方向会附加一微小转角，之后经消偏振分光棱镜(7)、检偏器(8)变为第二光束，另外一束光经第二反射镜(14)、第二二分之一波片(13)、第二起偏器(12)后变为第三光束，第三束光经光偏振方向调制组件(11)、消偏振分光棱镜(7)、检偏器(8)变为第四光束，第二光束和第四光束为两束干涉光束，二者合成一束光进入光电探测器(9)，干涉光强信号经光电探测器(9)转变为电信号，光偏振微小转角的变化会引起电信号中与光偏振方向调制组件(11)调制频率一致的一次谐波信号强度的变化，数字处理器(10)的锁相放大器模块用于对电信号中频率为ω、2ω的一次谐波信号S_ω、二次谐波信号S_2ω进行提取，并通过以下两种方案之一计算光偏振微小转角θ：I_s为第一光束的光强，或其中θ₀为预先标定好的微小转角，S₀为其对应的一次谐波信号幅值。