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专利号: 2021102704983
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪,其特征在于,包括:发光二极管(1),其用于发射光源;

高斯滤波片(2),其设置在所述发光二极管(1)的出光方向上,用于将所述发光二极管(1)发射的光源转化成高斯光束;

半反半透镜(3),其设置在所述高斯滤波片(2)的出光方向上,用于将所述高斯光束分为反射光和透射光;

光谱处理单元(4),其设置在所述半反半透镜(3)的透射光的出光方向上,用于对所述透射光进行偏振处理;

光谱采集单元,其包括第一光谱仪(5)和第二光谱仪(6),所述第一光谱仪(5)设置在所述半反半透镜(3)的反射光的出光方向上,用于采集原始光谱;所述第二光谱仪(6)设置在经偏振处理后的透射光的出光方向上,用于采集偏振处理后的光谱;

数据处理模块(7),用于对所述原始光谱和偏振处理后的光谱进行比较,得到中心波长的移动。

2.根据权利要求1所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪,其特征在于,所述光谱处理单元(4)包括:

第一偏振控制器(41),其设置在所述半反半透镜(3)的透射光的出光方向上;

第一偏振分束器(42),其设置在所述第一偏振控制器(41)的出光方向上,用于将从所述第一偏振控制器(41)发出的偏振光分成沿竖直方向偏振的偏振光V和沿水平方向偏振的偏振光H;

第一平面镜(43),其设置在所述偏振光H的出光方向上;

光学器件(44),其设置在磁场中,且位于所述第一平面镜(43)的反射光的出光方向上,到达所述光学器件(44)的光束在其内部多次反射后射出;

第二平面镜(45),其设置在所述光学器件(44)的出光方向上;

第三平面镜(46),其设置在所述偏振光V的出光方向上;

第二偏振分束器(47),其设置在所述第二平面镜(45)和第三平面镜(46)的共同出光方向上;

第二偏振控制器(48),其设置在所述第二偏振分束器(47)的出光方向上。

3.根据权利要求2所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪,其特征在于,所述光谱处理单元(4)还包括:

补偿器(49),其设置在所述第三平面镜(46)和第二偏振分束器(47)之间,用于补偿初始工作状态偏振光V与偏振光H之间的相位差,且所述补偿器(49)与数据处理模块(7)通信连接。

4.根据权利要求2所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪,其特征在于,所述第二光谱仪(6)设置在所述第二偏振控制器(48)的出光方向上。

5.根据权利要求3所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪,其特征在于,所述光学器件(44),包括:

入射端面(441),其上开设第一小孔(4411);

出射端面(442),其上开设第二小孔(4421),所述第二小孔(4421)的高度大于第一小孔(4411)的高度;

所述入射端面(441)和出射端面(442)的内侧均镀有反射膜。

6.根据权利要求5所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪,其特征在于,所述光学器件(44)为Faraday磁光效应敏感光学器件,其制作材质为菲德尔系数的材料或在所述光学器件(44)的空腔内部充满菲德尔系数的气体。

7.根据权利要求6所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪,其特征在于,所述数据处理模块(7)包括:

AD采集单元(71),其与所述第一光谱仪(5)、第二光谱仪(6)通信连接,用于采集从所述第一光谱仪(5)输出的原始光谱和从第二光谱仪(6)输出的偏振处理后的光谱;

计算单元(72),其与所述AD采集单元(71)通信连接,用于根据原始光谱和偏振处理后的光谱计算得到中心波长的移动;

判断单元(73),其与所述计算单元(72)通信连接,用于判断所述中心波长的移动是否小于光谱最小分辨率,若否,则调节补偿器(49)进行相位补偿;若是,则将中心波长的移动输出。

8.根据权利要求7所述的基于量子弱测量原理的大地磁异常探测仪,其特征在于,所述计算单元(72)计算中心波长的移动的公式为:式中,δλ0表示中心波长的移动,Δλ为原始光谱的带宽,λ0为中心波长,α为偏振光经过第一偏振控制器(41)后的偏振方向与竖直方向的夹角,β为合成的偏振光束经过第二偏振控制器(48)后的偏振方向与水平方向的夹角,Im()表示虚部,i表示虚数单位,为偏振光V和偏振光H总的相位差, N为光学器件(44)中光线反射的次数,D为光学器件(44)水平方向的长度,H0为静态的地磁场大小,Vverdet为菲德尔系数,ΔH为磁异常变化引起磁场强度值的变化,Δφ为偏振光V与偏振光H之间的光程差带来的相位差,φm为补偿器(49)对应的调制相位。