[发明专利]一种偏振纠缠光子电流传感器

权利要求书

1.一种偏振纠缠光子电流传感器，其特征在于，包括全光纤偏振纠缠光子源、高电位的传感光路和低电位的测量光路；所述高电位的传感光路包括空气芯光子晶体光纤、集磁环和白屏；所述低电位的测量光路包括准直扩束镜和径向偏振光栅；所述全光纤偏振纠缠光子源输出两路偏振纠缠光子，其中一个光子进入传感光路，并经空气芯光子晶体光纤、集磁环上的通光孔和磁光薄膜后，在白屏上湮灭；另一个光子进入测量光路，经准直扩束镜形成空间光，然后经过径向偏振光栅检偏后，将法拉第旋转角转化为固定光斑的同步平移，利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，从而得到待测电流。

2.根据权利要求1所述的一种偏振纠缠光子电流传感器，其特征在于，所述传感光路光子经过磁光薄膜时其偏振面发生旋转，且旋转角度与待测电流成正比。

3.根据权利要求1所述的一种偏振纠缠光子电流传感器，其特征在于，所述测量光路光子偏振面旋转角度与传感光路光子相同。

4.根据权利要求1所述的一种偏振纠缠光子电流传感器，其特征在于，所述利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，具体如下：

由全光纤偏振纠缠光子源产生的双光子偏振纠缠态为：

其中H，V分别代表水平偏振和垂直偏振，代表水平偏振与垂直偏振之间的相位差；

让其中一个光子进入传感光路，与空气芯光子晶体光纤发生耦合，然后经过磁光薄膜，在磁场的作用下光子偏振纠缠态获得一个新的相位差即：

其中β是法拉第旋转角，此时双光子偏振纠缠态变为：

另一个光子进入测量光路，通过径向偏振光栅时，相当于对另外一个光子的偏振态进行了探测，即有50％的概率处于|H态，也有50％的概率处于|V态，即：

当测量光路探测到|V态时，则通过径向偏振光栅直接测出此时的相位即：

结合公式(2)进而得出β；

入射光通过径向偏振光栅的琼斯矩阵表示为：

G(x,y)＝T[α(x,y)]G[κ(x,y)]T^-1[α(x,y)]             (6)

其中T[α(x,y)]为旋转矩阵，α为金属栅条方向；G[κ(x,y)]用对角矩阵来表示：

其中t_TM、t_TE分别是TM波和TE波透射分量的衍射效率；ξ为两个光波之间的相位差；

将径向偏振光栅的每一个金属栅条单元描述为透光轴垂直于α的线性偏振片，式(6)改写为：

设入射光偏振面的方向与系统x轴夹角为振幅为1，则入射光矢的琼斯矩阵为：

入射光透过径向偏振光栅后，出射光矢的琼斯矩阵为：

得到出射光强表达式为：

令I_out取最小值，得到：

α＝φ                 (12)

设光栅的长度为l，则暗纹平移的范围即0～l；假设当时，暗纹中心位置在0°栅条单元上，则光斑位移量Δx与的关系满足：

根据上式得到：

基于Matlab得到径向偏振光栅检偏后的出射光强分布，光斑随的变化同步平移，通过测量光斑的平移即可实现对的直接线性测量；

再结合式(5)，即可得到β。