[发明专利]一种射频电场极化方向的测量方法

摘要

本发明涉及一种射频电场极化方向的测量装置及方法。本发明的目的是解决现有的射频电场极化方向测量装置和方法存在测量误差大的技术问题。本发明采用的技术方案是：一种射频电场极化方向的测量装置，包括样品池、第一激光光源、第二激光光源、高反射率反射镜、双色镜、光电探测器、第一半波片、第一偏振分光棱镜、第二半波片和第二偏振分光棱镜；一种射频电场极化方向的测量方法，采用射频缀饰的里德堡原子电磁感应透明效应谱线对电场极化方向的感应，实现射频电场极化方向的测量。本发明是基于原子参数进行测量，克服了现有的电场极化方向测量方法误差大的缺点，整个方法实现起来十分简单，便于实现微小型化。

主权项

1.一种射频电场极化方向的测量方法，所述射频电场极化方向的测量方法基于以下装置，该装置包括样品池(1)、第一激光光源(2)、第二激光光源(3)、高反射率反射镜(4)、双色镜(5)、光电探测器(6)、第一半波片(7)、第一偏振分光棱镜(8)、第二半波片(9)和第二偏振分光棱镜(10)；所述第一激光光源(2)为探测光光源，高反射率反射镜(4)设在探测光光路上，所述第一半波片(7)、第一偏振分光棱镜(8)、样品池(1)、第二偏振分光棱镜(10)、第二半波片(9)、双色镜(5)和光电探测器(6)依次序设在高反射率反射镜(4)的反射光路上；所述第二激光光源(3)为耦合光光源且设在双色镜(5)的耦合光入射口，所述第一半波片(7)和第一偏振分光棱镜(8)构成探测光功率控制器，用来产生固定极化方向的线偏振探测光；所述第二半波片(9)和第二偏振分光棱镜(10)构成耦合光功率控制器，用来产生固定极化方向的线偏振耦合光；所述高反射率反射镜(4)和双色镜(5)的正面与水平面成45度夹角；其特征在于，所述射频电场极化方向的测量方法包括如下步骤：(a)第一激光光源(2)发出探测光，将探测光的频率锁定在铯原子的基态6S1/2到激发态6P3/2的共振跃迁线上，探测光经过高反射率反射镜(4)、第一半波片(7)和第一偏振分光棱镜(8)从样品池(1)的一端入射到样品池(1)中，透过样品池(1)的探测光通过第二偏振分光棱镜(10)、第二半波片(9)和双色镜(5)入射到光电探测器(6)上进行探测；(b)第二激光光源(3)发出耦合光，耦合光耦合铯原子的第一激发态6P3/2与里德堡能级nD5/2，耦合光经过双色镜(5)、第二半波片(9)和第二偏振分光棱镜(10)从样品池(1)的另一端入射进样品池(1)中，与探测光在样品池(1)中反向共线传播；(c)第二激光光源(3)在第一激发态6P3/2到里德堡能级nD5/2共振跃迁线的附近扫描耦合光的频率，使光电探测器(6)探测到无多普勒背景的电磁感应透明光谱；(d)将射频电场极化方向的测量装置放置于待测射频电场中，在待测射频电场的作用下，(c)步骤中所述的电磁感应透明光谱发生Stark频移和分裂，产生不同磁量子数的能级谱线，同时产生由射频电场调制里德堡能级的偶级边带，依据下列同一电场下不同磁量子数的谱线激发强度公式计算磁量子数mj＝5/2的Stark光谱的激发强度和磁量子数mj＝1/2的二级边带光谱的激发强度：式中，S_ν,N为不同磁量子数的谱线激发强度；e为电子电荷；为约化的普朗克常量；E_L表示激光光场的振幅；ν表示激光的频率；N表示偶数级边带的阶数；为光场的极化方向；为6P_3/2到|k>态的跃迁矩阵元，|k>为基矢，为角度旋转算符；为每一个跃迁矩阵元的系数；为里德堡原子的原子实与电子的位置矢量；θ为以样品池的横截面为xy面，以探测光或耦合光的传播方向为z轴建立一个空间直角坐标系时，待测射频电场极化方向与yz平面的夹角；为待测射频电场极化方向与xz平面的夹角；m_j为磁量子数；(e)根据磁量子数mj＝5/2的Stark光谱的激发强度与磁量子数mj＝1/2的二级边带光谱的激发强度，拟合磁量子数mj＝5/2的Stark光谱对应的激发面积A1和磁量子数mj＝1/2的二级边带光谱对应的激发面积A2，使用对照度A＝(A1‑A2)/(A1+A2)公式计算这两条光谱的激发面积的对照度A，计算所得的每个对照度A值对应一个确定的电场极化方向，从而得到待测射频电场的极化方向。