一种消除调制幅度和光强波动影响的法拉第检测方法

摘要

一种消除调制幅度和光强波动影响的法拉第检测方法，本发明涉及一种使用法拉第调制器测量光偏振微小转角过程中用于精确消除因调制幅度和入射光光强波动引起的测量误差的方法。该方法采用数字锁相放大器模块对待解调信号中的一次、二次谐波信号进行测量，结合法拉第调制器入射光的光强信号，经解算可将一次谐波信号中与调制幅度和入射光光强有关的参数消除，最终得到不受调制幅度和光强波动影响的光偏振微小转角。本发明可消除法拉第调制器在测量光偏振微小转角过程中因调制幅度和入射光光强不稳定导致的测量误差，显著提高其长时间的检测精度，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

1.一种消除调制幅度和光强波动影响的法拉第检测方法，其特征在于包括以下步骤：（1）用具有分光功能的光学器件将一束激光分成两束，其中，第一光束直接进入第一光电探测器，光强信号记为I₁，另外一束光通过调整变为线偏振态的第二光束后进入第二光电探测器，光强信号记为I₂，对I₁、I₂进行线性拟合，确定第一光束、第二光束光强之间的比例关系，即：I₂＝kI₁+b，其中，k为比例因子，b常值偏值；（2）将第二光电探测器移开，使第二光束进入法拉第调制器对光偏振微小转角进行检测，经过调制后的线偏振光束在经过旋光介质后会叠加一个待测微小转角，记为θ，之后经过与第二光束偏振面正交的检偏器出射，最终进入第三光电探测器，转化为待解调法拉第调制信号；其中，第一光电探测器保持对第一光束光强的实时监测，锁相放大器模块用于对待解调法拉第信号中的一次谐波信号和二次谐波信号并行进行提取，即：$I_2{\sin }^2(\alpha \sin \mathrm{\omega t}+\theta )$$\approx I_2{(\alpha \sin \mathrm{\omega t}+\theta )}^2---\left(1\right)$$=I_2((\frac{1}{2}{\alpha }^2+{\theta }^2)+2\mathrm{\alpha \theta }\sin \mathrm{\omega t}-\frac{1}{2}{\alpha }^2\cos 2\mathrm{\omega t})$其中，θ为待测偏角，α为法拉第调制器的调制幅度，ω为法拉第调制器的调制频率，I₂为法拉第调制器的入射光强，法拉第调制器的调制幅度α及待检测微小转角θ都应远小于1，以保证待解调法拉第调制信号能够线性化，锁相放大器模块对应提取到的一次谐波与二次谐波信号分别为2I₂αθ和$\frac{1}{2}{I}_2{\alpha }^2;$（3）利用步骤（1）中第一光束、第二光束光强之间的比例关系以及步骤（2）中第一光束的实时光强信号，计算第二光束的实时光强信号I₂，即：I₂＝kI₁+b，实现了对法拉第调制器入射光光强I₂的实时监测；（4）利用步骤（3）中得到的法拉第调制器入射光的光强信号I₂与步骤（2）中提取到的二次谐波信号求得法拉第调制器的调制幅度α及其与入射光光强的乘积I₂α，实现了对法拉第调制器调制幅度α的实时监测；（5）利用步骤（4）中得到的法拉第调制器调制幅度α与入射光光强的乘积信号I₂α，将I₂、α从一次谐波信号2I₂αθ中消除，求得与调制幅度与入射光光强无关的微小转角θ。