基于双调制法的高灵敏度偏振仪研究

发布时间：2021-03-19 09:58

　　真空双折射是光在真空中穿过与光传播方向垂直的电场或磁场时,由于真空极化而发生双折射的现象。通过检测光通过外加磁场后偏振状态的变化就可以检测真空双折射的发生。由于效应微弱,作为量子电动力学的重要预言之一,真空双折射现象至今为止尚未由宏观实验直接观测到。实验中需要使用高灵敏度的偏振检测装置,同时使用谐振腔使光在磁场区域多次往返以累积效应来实现对真空双折射效应的观测。我们结合目前实验室以及国际上已有的研究,成功研制了一套用于真空双折射实验的高灵敏度偏振仪。该偏振仪采用了光弹调制和待测偏振态调制组合的双调制方案,在对信号进行调制的同时,也避开了低频噪声对实验结果的影响。同时开发了一套基于数据采集系统的数字解调系统,该解调系统的噪声本底达到了2.4×10-8V/Hz1/2,满足了我们实验的需求。在实验过程中,我们重点研究了光弹调制器的温度噪声,光弹调制幅度的优化等问题。在经过光弹调制器的温度调制实验之后,我们确定了信号会受到温度的影响,在此基础上我们设计了光弹调制器的主动控温系统,成功将温度波动控制在lmK之内,显著减少了温度对噪声的影响。通过对激光和PD中各项主要噪声的分析,我们发现了偏振角度... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

各个真空双折射实验给出的CMk系数上限，图中的误差取1置信水平

图 1-3 偏振仪测量双折射(左)和干涉仪测量双折射(右)示意图考虑到真空双折射效应及其微弱，只依靠提高偏振仪的灵敏度几乎不可能，因此需要在系统中加入以下部分：在光路中加入两面镜子组成谐振腔以使射的效果多次叠加；将磁铁旋转起来，以和直流项分离提高信噪比；同时将调制至高频，以避开探测器和激光在低频处的噪声。基于以上的设计思路和考虑，我们参考 PVLAS 方案[17]设计了真空双折射实主要原理如图 1-4 所示。主要的组成部分就是偏振仪和 F-P 腔。偏振仪的主分是起偏器(Polarizer)、检偏器(Analyzer)和光弹调制器(PEM，Photo-Edulator)，在起偏器和光弹调制器中间是旋转的强磁场，可以产生交流的双折再用光弹调制器将频率二次调制至高频，避开低频处的噪声，获得较高的信噪同时，以上的装置仅可以降低噪声，但是不足以观测到双折射信号。因此，侧添加高反射率的镜子 M1 和 M2 组成 F-P 腔，使偏振光在磁场区域多次度

图 1-4 双折射实验(设计)的原理图 真空双折射实验现状目前国际上有三个小组正在进行真空双折射实验：PVLAS，Q&A 以及 BM前已经实施的实验方案中，都采用了测量光偏振态改变的方法(即偏振仪)测折射，具体的实验细节则有所不同，具体参数如表 1-2 所示，接下来我们会不同的参数对实验的影响。首先是使用的磁铁不同：BMV 使用的是超导磁铁，而剩下两个小组使用的转的永磁铁。这两种磁铁的区别在于：超导磁铁可以达到很高的磁场强度(~1铁最大磁场强度为 2.5T 左右，永磁铁的作用范围长度较长，而超导磁铁的很小，综合来说超导磁铁的磁场有效作用长度要更胜一筹(磁场有效长度2 dL计算，具体数值见表 1-2 所示)，同时超导磁铁的调制频率可以达到百赫

【参考文献】：
硕士论文
[1]真空双折射效应[D]. 陈旻.华中科技大学 2007
[2]平面偏振光微小偏转角的精密测量[D]. 徐丽珊.华中科技大学 2006



本文编号：3089400