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原文传递基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置及方法

专利名称：	基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置及方法
摘要：	本发明公开了一种基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置及方法，包括：宽带激光器、第一准直器、45°起偏片、第一双折射晶体、干燥气室、被测气室、半波片、第二双折射晶体、相位补偿片、‑45°检偏片、第二准直器、光谱解调仪；宽带激光器的输出与所述第一耦合器的输入端相连；第一准直器的输出端先通过45°起偏片，形成45°线偏振光，经过第一双折射晶体分为两路，其中一路通过一段被测量气室，另外一路通过一段干燥气室，然后两路光路分别直接通过半波片，再进入第二双折射晶体，最后通过相位补偿片，经‑45°检偏片后，耦合到第二准直器，通过第二准直器进入光谱解调仪中。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	珠海任驰光电科技有限公司
发明人：	崔洪亮;罗政纯;于淼;王忠民;常天英;吴崇坚
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910543260.6
公开号：	CN110146466A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：	赵敏玲
分类号：	G01N21/41(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	519000 广东省珠海市软件园路1号生产加工中心4#二层1,3单元
主权项：	1.一种基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置，其特征是：该装置包括：宽带激光器、第一准直器、45°起偏片、第一双折射晶体、干燥气室、被测气室、半波片、第二双折射晶体、相位补偿片、-45°检偏片、第二准直器、光谱解调仪；所述宽带激光器的输出与所述第一耦合器的输入端相连；所述第一准直器的输出端先通过45°起偏片，形成45°线偏振光，经过第一双折射晶体分为两路，其中一路通过一段被测量气室，另外一路通过一段干燥气室，然后两路光路分别直接通过半波片，再进入第二双折射晶体，最后通过相位补偿片，经-45°检偏片后，耦合到第二准直器，通过第二准直器进入光谱解调仪中。 2.如权利要求1所述的基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置，其特征是，通过被测气室长度来调整相位测量分辨率。 3.如权利要求1所述的基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置，其特征是，所述的第一双折射晶体分出两路光，一路光为o光，另一路光为e光，两路光相互正交。 4.如权利要求3所述的基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置，其特征是，一路o光对被测量气室进行折射率测量，即光通过被测气室后，再输入到半波片，从而使得o光转换为e光，再进入第二双折射晶体里；另外一路e光对等温等压的干燥气室进传输，再输入到半波片，使得e光转换为o光。 5.如权利要求3所述的基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置，其特征是，两路正交光在第二双折射晶体内合并成一束45°线偏振光，再通过相位补偿片进行补偿，最后通过-45°检偏器，通过调整-45°检偏器与第二双折射晶体输出的45°线偏振光的偏振角度的微小角度使光路输出光功率值比较小，从而形成弱耦合。 6.如权利要求5所述的基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置，其特征是，所述的微小角度为0.01～0.03rad左右。 7.如权利要求1所述的基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置，其特征是，所述的干燥气室与被测气室均与外界连通，干燥气室与被测气室相互隔离，其中在所述的干燥气室与外界大气连通的位置设有防水分子筛。 8.一种基于权利要求1-7任一所述的基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量装置的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： (1)获取宽带激光器的宽带光谱图； (2)光经过45°起偏片后，使得光形成线偏振光，光的偏振方向与水平方向形成45°夹角； (3)线偏振光入射到双折射晶体上时，双折射晶体为45°切角，使线偏振光分为o光和e光；o光与e光为相互正交光，同时也为垂直偏振光和水平偏振光； (4)o光和e光分别通过两个气室，被测气室为测量湿度的位置，干燥气室为参考气室； (5)两光路再通过半波片后，o光转换为e光，e光转换为o光；通过另一个双折射晶体将两路光合束；合束光后形成线偏振光； (6)再通过调整湿度探测器的相位补偿角度，使得光通过湿度探测器后，光的功率值最小，同时也使宽带光谱与输入的高斯光谱一致； (7)最后调整-45°检偏片的角度，使角度约为0.01～0.03rad，再调试相位补偿角，使输出宽带光谱显马鞍形状。 9.如权利要求7所述的一种基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量方法，其特征在于，从所述步骤(2)，光通过45°起偏片时，光的初选态为 \|ψ>＝sinα\|H>+cosα\|V> 其中，\|H>为水平偏振态，\|V>为垂直偏振态，α与水平偏振形成的夹角。 10.如权利要求7所述的一种基于量子弱值放大的高精度光纤湿度测量方法，其特征在于，所述步骤(3)(4)(5)(6)(7)后，光的后选态为：其中，β为检偏片与水平方向夹角，为相位变化量，x为光的初始相位。根据量子弱值放大原理，系统的弱值放大倍数为：由于系统是要对相位进行求解，因而我们只需要求弱值放大倍数的虚部就可以，所以虚部值为：其中，则宽带光谱波长的质心位置偏移量如下：通过测定光谱的质心位移，得到大气中湿度的值。
所属类别：	发明专利