[发明专利]一种基于里德堡原子的微波电场极化方向测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于里德堡原子的微波电场极化方向测量装置，其特征在于，所述装置包括：

倍频激光器(301)、半导体激光器(302)、双光路原子接收天线(303)、硅雪崩光电探测器(304)、示波器(305)、计算机控制端(306)，所述倍频激光器(301)和所述半导体激光器(302)分别连接于所述双光路原子接收天线(303)的两侧，所述硅雪崩光电探测器(304)用于探测所述双光路原子接收天线(303)的输出信号，并将输出信号输入所述示波器(305)；所述双光路原子接收天线(303)包括碱金属原子气室(401)、探测光尾纤插芯的光纤(402)、探测光渐变折射率透镜(403)、探测光准直套管(404)、探测光保护套管(405)、耦合光尾纤插芯的光纤(406)、耦合光渐变折射率透镜(407)、耦合光准直套管(408)、耦合光保护套管(409)，其中：

所述探测光尾纤插芯的光纤(402)与探测光渐变折射率透镜(403)共同胶固在探测光准直套管(404)内，探测光准直套管(404)胶固在探测光保护套管(405)内，耦合光尾纤插芯的光纤(406)与耦合光渐变折射率透镜(407)共同胶固在耦合光准直套管(408)内，耦合光准直套管(408)胶固在耦合光保护套管(409)内，探测光保护套管(405)与耦合光保护套管(409)分别胶固在碱金属原子气室(401)两侧。

2.根据权利要求1所述的基于里德堡原子的微波电场极化方向测量装置，其特征在于，所述碱金属原子气室(401)为充有碱金属单质气体的封闭玻璃泡。

3.根据权利要求1所述的基于里德堡原子的微波电场极化方向测量装置，其特征在于，所述探测光尾纤插芯的光纤(402)为单模保偏光纤。

4.根据权利要求1所述的基于里德堡原子的微波电场极化方向测量装置，其特征在于，所述耦合光尾纤插芯的光纤(406)为单模光纤。

5.根据权利要求1所述的基于里德堡原子的微波电场极化方向测量装置，其特征在于，探测光为852nm的激光，耦合光为509nm的激光。

6.一种应用于权利要求1至5中任一所述的基于里德堡原子的微波电场极化方向测量装置中的测量方法，其特征在于，所述方法包括：

生成两组极化正交的激光，其中，相同极化方向的探测光与耦合光对应组合，分别通过两组光纤传输，以将碱金属原子气室中的原子从基态激发到里德堡态；

基于探测光、耦合光与碱金属原子的相互作用，形成三能级系统的EIT效应，得到EIT信号，其中，选择指定的微波频率，将微波源产生的微波电场加在所述碱金属原子气室上，以使得EIT信号产生劈裂，得到EIT-AT分裂信号；

通过示波器观察两组EIT-AT分裂信号，并根据两组分裂信号的劈裂峰的左右峰峰值比，确定微波电场极化方向和激光极化方向的夹角范围。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，微波电场极化方向按照以下公式计算：

将θ、θ′代入球坐标系中得出：

微波电场极化方向的唯一取值，最终确定为即

其中，T、T′分别为两组分裂信号的透射峰幅值比值，θ、θ′分别为第一组激光和第二组激光的极化方向与微波电场极化方向的夹角,为方位角。