CN107462849A - 一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法 - Google Patents

一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107462849A
CN107462849A CN201710602442.7A CN201710602442A CN107462849A CN 107462849 A CN107462849 A CN 107462849A CN 201710602442 A CN201710602442 A CN 201710602442A CN 107462849 A CN107462849 A CN 107462849A
Authority
CN
China
Prior art keywords
radio frequency
alkali metal
metal atom
sample cell
transmission factor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710602442.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107462849B (zh
Inventor
赵建明
焦月春
贾锁堂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi University
Original Assignee
Shanxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi University filed Critical Shanxi University
Priority to CN201710602442.7A priority Critical patent/CN107462849B/zh
Publication of CN107462849A publication Critical patent/CN107462849A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107462849B publication Critical patent/CN107462849B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法，本发明的目的是解决在现有的射频线传输因子测量过程中存在的测量误差大以及校准过程复杂的技术问题。本发明采用的技术方案是：碱金属原子在两个激光光源的作用下产生EIT光谱，EIT光谱在射频电场的作用下形成谱线的交叉点，读取射频源的电压值Vo,i计算谱线交叉点对应的电场强度值Eo,i＝Vo,i/d(d为平行电极之间的距离)，与理论电场值Ei相比较，即得到该交叉点对应射频线传输因子ti＝Ei/Eo,I；对不同谱线交叉点的ti求平均可以进一步提高射频线传输因子t的精度。本发明实现了基于原子能级结构的自校准测量，不需要外部设备进行测量，不受外界环境的影响，整个方法实现起来十分简单。

Description

一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及测量射频线传输因子的技术，尤其涉及一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法。
背景技术
在射频信号传输系统中，如果射频传输线和信号源不能做到完全匹配，会导致高频电磁波在射频线传输过程中，发生信号的反射、干涉、振铃效应、天线效应、衰减、叠加等各种信号畸变的情况，因此射频线传输因子的测量效应非常重要。
目前对射频线传输效率的测量主要采用网络分析仪，通过将射频线的两端分别接到网络分析的信号输出端和信号接收端，可以直接读出射频线传输效率。但是在实际测量之前，首先需要校准测量，由实测结果与理想结果比对，通过计算求出误差模型中的误差因子并存入计算机中，以便对被测件的测量结果进行误差修正，在每一频率点上都按此进行校准和修正，测量步骤和计算都十分复杂。而且理想的标准本身也需要由校准后的仪器提供，也会引入校准误差，导致测量的射频线传输因子不精确。
发明内容
本发明的目的是解决在现有的射频线传输因子测量过程中存在的测量误差大以及测量过程复杂的技术问题，提供了一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置，包括：碱金属原子样品池、第一激光光源、第二激光光源、第一双色镜、第二双色镜、光电探测器、第一偏振分光棱镜、第一半波片、第二偏振分光棱镜、第二半波片、射频源和射频传输线；所述第一激光光源为探测光光源，第一双色镜设在探测光光路上；所述第一偏振分光棱镜、第一半波片、碱金属原子样品池、第二半波片、第二偏振分光棱镜、第二双色镜和光电探测器依次序设在第一双色镜的反射光路上；所述第二激光光源为耦合光光源且设在第二双色镜的耦合光入射口，所述碱金属原子样品池为内置一对平行电极且充有碱金属原子蒸气的玻璃泡；所述射频源通过射频传输线连接在碱金属原子样品池中平行电极的两个接线端上。
进一步地，所述碱金属原子为铯原子。
一种基于上述射频线传输因子的测量装置的测量方法，包括如下步骤：
(a)第一激光光源发出探测光，其频率锁定在碱金属原子的基态|g>和第一激发态|e>两个能级的共振位置，探测光经第一双色镜反射后进入第一偏振分光棱镜，输出水平偏振的探测光，再进入第一半波片改变其偏振方向，使探测光的偏振方向与射频源产生的射频电场方向形成一个夹角，通过第一半波片的探测光从碱金属原子样品池的一端入射到碱金属原子样品池中，并透过碱金属原子样品池进入第二半波片、第二偏振分光棱镜和第二双色镜，最后入射到光电探测器上进行探测；
(b)第二激光光源发出耦合光，耦合光经第二双色镜反射后进入第二偏振分光棱镜，输出水平偏振的耦合光，再进入第二半波片使其偏振方向与探测光的偏振方向相同，通过第二半波片的耦合光从碱金属原子样品池的另一端入射到碱金属原子样品池中，与改变偏振方向的探测光在碱金属原子样品池中反向共线传播；
(c)耦合光的频率在碱金属原子的第一激发态|e>与里德堡能级nD态的共振跃迁线附近扫描，使光电探测器探测到无多普勒背景的EIT光谱；
(d)射频源发出的射频信号经过射频传输线加到碱金属原子样品池中的平行电极上，在射频电场的作用下，(c)步骤中所述的EIT光谱形成多个谱线的交叉点，读取其中一个交叉点对应的射频源的输出电压值Vo,i，根据公式Eo,i＝Vo,i/d计算电场强度值Eo,i，式中，d为碱金属原子样品池中两平行电极之间的距离；将上述计算的电场强度值Eo,i与理论电场值Ei相比较，即得到一个谱线交叉点对应的射频线传输因子ti，对不同谱线交叉点的ti作平均值，即得到射频线传输因子t。
进一步地，所述射频源的频率范围为DC-1GHz。
本发明的有益效果是：本发明采用原子能级的交叉点实现射频线传输因子的测量。在射频电场作用下，里德堡原子的EIT光谱形成多个谱线的交叉点i，读取一个交叉点对应的射频源的输出电压值Vo,i，计算该交叉点对应的电场强度值为Eo,i＝Vo,i/d(d为平行电极之间的距离)。将电场强度计算值Eo,i与理论电场值Ei比较，即得射频线传输因子ti＝Ei/Eo,I，对不同谱线交叉点的ti作平均可以进一步提高射频线传输因子t的精度。本发明实现了基于原子能级结构的自校准测量，不需要外部设备进行测量，不受外界环境的影响，克服了传统测量方法误差大、校准过程复杂的缺点，整个方法实现起来十分简单，采用装有碱金属原子的蒸气池作为介质，对射频电场没有干扰，易于实现微型化，适于集成化和广泛推广。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明铯原子样品池的结构示意图；
图3是射频电场中的EIT光谱在一些特定的场强下形成谱线的交叉点的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1和图2所示，本实施例中的一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置，包括：铯原子样品池1、第一激光光源2、第二激光光源3、第一双色镜4、第二双色镜5、光电探测器6、第一偏振分光棱镜7、第一半波片8、第二偏振分光棱镜9、第二半波片10、射频源11和射频传输线12；所述第一激光光源2为探测光光源，第一双色镜4设在探测光光路上；所述第一偏振分光棱镜7、第一半波片8、铯原子样品池1、第二半波片10、第二偏振分光棱镜9、第二双色镜5和光电探测器6依次序设在第一双色镜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第二双色镜5的耦合光入射口，所述铯原子样品池1为内置一对平行电极且充有铯原子蒸气的玻璃铯泡；所述射频源11通过射频传输线12连接在铯原子样品池1中平行电极的两个接线端上。
一种基于上述实施例中射频线传输因子的测量装置的测量方法，包括如下步骤：
(a)第一激光光源2发出852nm的激光作为探测光，其频率锁定在铯原子的基态6S1/2和第一激发态6P3/2两个能级的共振位置，探测光经第一双色镜4反射后进入第一偏振分光棱镜7，输出水平偏振的探测光，再进入第一半波片8改变其偏振方向，使探测光的偏振方向与射频源11产生的射频电场方向形成一个夹角，通过第一半波片的探测光从铯原子样品池1的一端入射到铯原子样品池1中，并透过铯原子样品池1进入第二半波片10、第二偏振分光棱镜9和第二双色镜5，最后入射到光电探测器6上进行探测；
(b)第二激光光源3发出510nm的激光作为耦合光，耦合光经第二双色镜5反射后进入第二偏振分光棱镜9，输出水平偏振的耦合光，再进入第二半波片10使其偏振方向与探测光的偏振方向相同，通过第二半波片的耦合光从铯原子样品池1的另一端入射到铯原子样品池1中，与改变偏振方向的探测光在铯原子样品池1中反向共线传播；
(c)耦合光的频率在铯原子的第一激发态6P3/2与里德堡能级nD态的共振跃迁线附近扫描，使光电探测器6探测到无多普勒背景的EIT光谱；
(d)射频源11发出的射频信号经过射频传输线12加到铯原子样品池1中的平行电极上，在射频电场的作用下，(c)步骤中所述的EIT光谱形成多个谱线的交叉点，如图3所示，读取其中一个交叉点对应的射频源11的输出电压值Vo,i，根据公式Eo,i＝Vo,i/d计算电场强度值Eo,i，式中，d为铯原子样品池1中两平行电极之间的距离；将上述计算的电场强度值Eo,i与理论电场值Ei相比较，即得到一个谱线交叉点对应的射频线传输因子ti，对不同谱线交叉点的ti作平均值，即得到射频线传输因子t。
所述射频源11的频率范围为DC-1GHz。
所述铯原子样品池1为一个方形玻璃泡，抽真空后充入铯原子样品，内置一对平行的电极，平行电极的两个接线端裸露在铯原子样品池1的外面。电极放在样品池的内部可以避免里德堡原子的自电离效应对外场产生的屏蔽效应，提高测量精度。方形结构的设计可以使极板尺寸最大化且极板间的距离最近，有效的改善电场在极板间的均匀性，避免谱线的非均匀展宽，进一步提高测量精度。所述铯原子也可以用铷原子等其他碱金属代替。
第一双色镜4选用对852nm的探测光具有高反射率、对510nm的耦合光具有高透射率的二向色镜(福州逐日光电科技有限公司生产)，第二双色镜5选用对852nm的探测光具有高透射率、对510nm的耦合光具有高反射率的二向色镜(福州逐日光电科技有限公司生产)。光电探测器6为Thorlabs公司生产的硅基光电探测器PDA36A-EC。

Claims (4)

1.一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置，其特征在于，包括：碱金属原子样品池(1)、第一激光光源(2)、第二激光光源(3)、第一双色镜(4)、第二双色镜(5)、光电探测器(6)、第一偏振分光棱镜(7)、第一半波片(8)、第二偏振分光棱镜(9)、第二半波片(10)、射频源(11)和射频传输线(12)；所述第一激光光源(2)为探测光光源，第一双色镜(4)设在探测光光路上；所述第一偏振分光棱镜(7)、第一半波片(8)、碱金属原子样品池(1)、第二半波片(10)、第二偏振分光棱镜(9)、第二双色镜(5)和光电探测器(6)依次序设在第一双色镜(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第二双色镜(5)的耦合光入射口，所述碱金属原子样品池(1)为内置一对平行电极且充有碱金属原子蒸气的玻璃泡；所述射频源(11)通过射频传输线(12)连接在碱金属原子样品池(1)中平行电极的两个接线端上。
2.根据权利要求1所述的一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置，其特征在于，所述碱金属原子为铯原子。
3.一种基于权利要求1-2中射频线传输因子的测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)第一激光光源(2)发出探测光，其频率锁定在碱金属原子的基态|g>和第一激发态|e>两个能级的共振位置，探测光经第一双色镜(4)反射后进入第一偏振分光棱镜(7)，输出水平偏振的探测光，再进入第一半波片(8)改变其偏振方向，使探测光的偏振方向与射频源(11)产生的射频电场方向形成一个夹角，通过第一半波片的探测光从碱金属原子样品池(1)的一端入射到碱金属原子样品池(1)中，并透过碱金属原子样品池(1)进入第二半波片(10)、第二偏振分光棱镜(9)和第二双色镜(5)，最后入射到光电探测器(6)上进行探测；
(b)第二激光光源(3)发出耦合光，耦合光经第二双色镜(5)反射后进入第二偏振分光棱镜(9)，输出水平偏振的耦合光，再进入第二半波片(10)使其偏振方向与探测光的偏振方向相同，通过第二半波片的耦合光从碱金属原子样品池(1)的另一端入射到碱金属原子样品池(1)中，与改变偏振方向的探测光在碱金属原子样品池(1)中反向共线传播；
(c)耦合光的频率在碱金属原子的第一激发态|e>与里德堡能级nD态的共振跃迁线附近扫描，使光电探测器(6)探测到无多普勒背景的EIT光谱；
(d)射频源(11)发出的射频信号经过射频传输线(12)加到碱金属原子样品池(1)中的平行电极上，在射频电场的作用下，(c)步骤中所述的EIT光谱形成多个谱线的交叉点，读取其中一个交叉点对应的射频源(11)的输出电压值Vo,i，根据公式Eo,i＝Vo,i/d计算电场强度值Eo,i，式中，d为碱金属原子样品池(1)中两平行电极之间的距离；将上述计算的电场强度值Eo,i与理论电场值Ei相比较，即得到一个谱线交叉点对应的射频线传输因子ti，对不同谱线交叉点的ti作平均值，即得到射频线传输因子t。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述射频源(11)的频率范围为DC-1GHz。
CN201710602442.7A 2017-07-21 2017-07-21 一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法 Active CN107462849B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710602442.7A CN107462849B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710602442.7A CN107462849B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107462849A true CN107462849A (zh) 2017-12-12
CN107462849B CN107462849B (zh) 2020-01-03

Family

ID=60546247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710602442.7A Active CN107462849B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107462849B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109067682A (zh) * 2018-05-25 2018-12-21 山西大学 一种基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置和方法
CN109521283A (zh) * 2018-12-12 2019-03-26 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种基于原子光谱的工频电场非接触式测量装置
WO2021078438A1 (en) * 2019-10-24 2021-04-29 British Telecommunications Public Limited Company Wireless telecommunications network
GB2597260A (en) * 2020-07-16 2022-01-26 British Telecomm Electromagnetic field receiver
CN114325130A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 中国人民解放军国防科技大学 一种高效率光纤耦合原子气室探头及其制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1271115A2 (en) * 2001-06-27 2003-01-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polarization analyzing apparatus and method for polarization analysis
JP2015049096A (ja) * 2013-08-30 2015-03-16 独立行政法人物質・材料研究機構 偏光感受性テラヘルツ波検出器
CN106124856A (zh) * 2016-07-25 2016-11-16 山西大学 直接溯源至原子高激发态间跃迁频率的射频源校准方法
CN106707042A (zh) * 2017-03-21 2017-05-24 山西大学 一种射频电场极化方向的测量装置及方法
CN106842095A (zh) * 2017-01-06 2017-06-13 山西大学 基于里德堡原子量子相干效应的射频电场校对方法及装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1271115A2 (en) * 2001-06-27 2003-01-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polarization analyzing apparatus and method for polarization analysis
JP2015049096A (ja) * 2013-08-30 2015-03-16 独立行政法人物質・材料研究機構 偏光感受性テラヘルツ波検出器
CN106124856A (zh) * 2016-07-25 2016-11-16 山西大学 直接溯源至原子高激发态间跃迁频率的射频源校准方法
CN106842095A (zh) * 2017-01-06 2017-06-13 山西大学 基于里德堡原子量子相干效应的射频电场校对方法及装置
CN106707042A (zh) * 2017-03-21 2017-05-24 山西大学 一种射频电场极化方向的测量装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨智伟 等: "弱射频场中Rydberg原子的电磁感应透明", 《物理学报》 *
赵建明 等: "外加磁场对简并二能级原子系统相干特性的影响", 《物理学报》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109067682A (zh) * 2018-05-25 2018-12-21 山西大学 一种基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置和方法
CN109067682B (zh) * 2018-05-25 2020-12-25 山西大学 一种基于里德堡原子的量子天线调幅波接收装置和方法
CN109521283A (zh) * 2018-12-12 2019-03-26 国网重庆市电力公司电力科学研究院 一种基于原子光谱的工频电场非接触式测量装置
CN114424111B (zh) * 2019-10-24 2022-12-27 英国电讯有限公司 传播信号的设备和系统以及电磁场检测器及操作其的方法
CN114424111A (zh) * 2019-10-24 2022-04-29 英国电讯有限公司 无线电信网络
WO2021078438A1 (en) * 2019-10-24 2021-04-29 British Telecommunications Public Limited Company Wireless telecommunications network
US11835564B2 (en) 2019-10-24 2023-12-05 British Telecommunications Public Limited Company Wireless telecommunications network
GB2597260A (en) * 2020-07-16 2022-01-26 British Telecomm Electromagnetic field receiver
WO2022017679A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-27 British Telecommunications Public Limited Company Electromagnetic field receiver
GB2597260B (en) * 2020-07-16 2022-12-07 British Telecomm Electromagnetic field receiver
CN115803663A (zh) * 2020-07-16 2023-03-14 英国电讯有限公司 电磁场接收器
CN115803663B (zh) * 2020-07-16 2023-07-07 英国电讯有限公司 电磁场接收器
CN114325130A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 中国人民解放军国防科技大学 一种高效率光纤耦合原子气室探头及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107462849B (zh) 2020-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107462849A (zh) 一种基于原子能级的射频线传输因子的测量装置及方法
CN106707042B (zh) 一种射频电场极化方向的测量方法
CN106842095B (zh) 基于里德堡原子量子相干效应的射频电场校对方法及装置
CN107121593A (zh) 基于里德堡原子量子相干效应的射频电场频率的测量方法
CN106124856B (zh) 直接溯源至原子高激发态间跃迁频率的射频源校准方法
CN104698410B (zh) 用于磁力仪的原子磁传感器及消除磁力仪探测盲区的方法
CN108519565B (zh) 基于量子弱测量的弱磁场强度测量分析仪及方法
CN112098737B (zh) 一种微波电场强度的测量方法及装置
CN202631110U (zh) 太赫兹时域双光谱检测系统
CN106441580A (zh) 可变角度入射同时测透射和反射的太赫兹时域光谱仪
CN103698298A (zh) 基于短腔腔增强关联光谱技术测量气体浓度的装置及采用该装置测量气体浓度的方法
CN108459040B (zh) 基于金刚石nv色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法
CN106768873B (zh) 一种测量高精细度腔精细度的方法及装置
WO2022041641A1 (zh) 一种基于冷原子的微波功率测量装置及测量方法
CN102564591B (zh) 一种光谱分析仪和光谱分析方法
CN110045309B (zh) 一种新型的光泵磁力仪精度自检测方法
CN113721173A (zh) 一种基于反射式双向泵浦的光纤serf原子磁力仪装置
CN107389315A (zh) 光器件频响测量方法及测量装置
CN102262224A (zh) 调幅波锁相式激光测距方法与装置
CN105991133B (zh) 同步相干光场激励的相干布居数拍频原子钟及其实现方法
CN108088810A (zh) 一种基于太赫兹等离子增强效应的湿度传感器及其系统
CN109029718B (zh) 具备自校准功能的太赫兹源发散角测量装置及测量方法
CN104914050B (zh) 一种提高光声光谱检测灵敏度的装置及方法
CN101614664A (zh) 基于y型光纤的天然橡胶干胶含量测量系统
CN112098736B (zh) 一种微波电场相位的测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant