专利汇可以提供基于量子相干效应的体内电场测量装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开的基于量子相干效应的体内 电场 测量装置,属于人体通信与电场测量的交叉领域。本发明包括 半导体 激光器 及其控制单元、激光调控光路、光纤耦合 原子 气室电场 探头 和光电探测单元;所述激光器及其控制单元根据实际需求分别发射弱探测光和强耦合光;光纤耦合原子气室电场探头用于实现探测光和耦合光于光纤耦合原子气室同一端入射,即实现探测光和耦合光同向输入;激光调控光路分别对弱探测光和强耦合光的功率、 频率 和偏振态调整;光电探测单元实现对于EIT 光谱 的探测和显示。本发明通过光纤耦合原子气室电场探头使光纤穿透体内实现体内电场测量,从而促进植入式 生物 医疗系统在 疾病 诊断和 治疗 中的应用。,下面是基于量子相干效应的体内电场测量装置专利的具体信息内容。
1.基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:包括半导体激光器及其控制单元、激光调控光路、光纤耦合原子气室电场探头和光电探测单元;所述激光器及其控制单元根据实际需求分别发射弱探测光和强耦合光;光纤耦合原子气室电场探头用于实现探测光和耦合光于光纤耦合原子气室同一端入射,即实现探测光和耦合光同向输入;激光调控光路分别对弱探测光和强耦合光的功率、频率和偏振态调整;光电探测单元实现对于EIT光谱的探测和显示;
弱探测光和强耦合光通过高反镜、二向色镜和吸光材料实现探测光和耦合光于光纤耦合原子气室同一端入射原子气室并作用于碱金属原子;探测光使碱金属原子从基态跃迁至中间态,耦合光使碱金属原子从中间态跃迁至里德堡态;探测光透过原子气室,作用于光电探测器并对探测光形成光谱;通过同一端入射的探测光和耦合光激发碱金属原子至里德堡态,进而使透过原子气室的探测光通过光电探测单元获得电磁感应透明效应EIT光谱;碱金属原子的里德堡态对外电场非常敏感,在外电场的耦合作用下,电磁感应透明效应EIT光谱会产生Autler-Townes(AT)劈裂,所述电磁感应透明效应EIT光谱AT劈裂宽度Δf与外电场|E|存在线性关系,基于所述线性关系实现体内电场测量。
2.如权利要求1所述的基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:所述电磁感应透明效应EIT光谱AT劈裂宽度Δf与外电场|E|存在线性关系如式(1)所示:
其中:|E|表示电场强度大小,为普朗克常数,μ为跃迁矩阵元素,K=λp/λc,λp是探测光波长,λc是耦合光波长,Δf为AT劈裂宽度;根据式(1)的线性关系实现基于量子相干效应的电场测量。
3.如权利要求2所述的基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:所述半导体激光器及其控制单元包括弱探测光激光器及其控制模块和强耦合光激光器及其控制模块。
4.如权利要求3所述的基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:所述光纤耦合原子气室电场探头包括保偏环形器、准直镜、高反镜、二向色镜、吸光材料、原子气室以及保偏光纤;所述保偏环形器用于将同一条光纤中的出射探测光和入射耦合光分离,并使探测光和耦合光分别由不同的端口出射和入射;所述保偏环形器具有三个端口,分别为第一、第二、第三端口;探测光通过第一准直镜(1)耦合进入保偏光纤,经第二准直镜(2)入射至原子气室(3)内,再经过高反镜(4)反射至二向色镜(6),通过二向色镜(6)反射至第三准直镜(7),第三准直镜(7)使二向色镜反射的探测光耦合入射保偏光纤内,而后,探测光由保偏环形器(8)第一端口入射并由第二端口出射至光电探测单元;二向色镜(6)反射探测光时,耦合光通过第四准直镜(9)耦合进入保偏光纤,从保偏环形器(8)的第三端口入射并由第一端口出射进入保偏光纤,耦合光由第一端口出射进入保偏光纤后,耦合光经第三准直镜(7)入射至原子气室(3)内,最后,入射至原子气室(3)内的耦合光经二向色镜(6)透射至吸光材料(5),由吸光材料(5)将耦合光吸收;所述光纤耦合原子气室电场探头通过高反镜、二向色镜和吸光材料实现探测光和耦合光于光纤耦合原子气室同一端入射。
5.如权利要求3所述的基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:所述第二准直镜和第三准直镜分别安装于陶瓷套筒的上部和下部,而陶瓷套筒固定在原子气室的一端;
所述探测光和耦合光同向入射至原子气室内,并在二向色镜(6)和第三准直镜(7)之间的光路中共轴。
6.如权利要求5所述的基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:所述准直镜选GRIN棱镜;
所述原子气室内部充有待激发的碱金属原子蒸汽,选铷原子蒸汽;
所述吸光材料用于吸收经二向色镜(6)头透射的耦合光,防止其出射至原子气室外,避免安全隐患发生;
为了保持激光的水平极化线偏振态,利用保偏光纤传输探测光或耦合光。
7.如权利要求6所述的基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:所述激光调控光路包括探测光和耦合光的偏振态调控模块、功率调控模块和锁频模块;所述三个模块共同实现探测光和耦合光的偏振态调控、功率调控和频率调控;所述偏振态调控模块主要由偏振分光棱镜PBS和λ/2波片共同构成作用于弱探测光或强耦合光,使弱探测光或强耦合光偏振态为高分光比的水平线偏振态;所述功率调控模块主要由分光镜(BS)、光电探测器(PD)、声光调制器(AOM)和PID电子控制模块构成;通过分光镜(BS)和光电探测器(PD) 探测出探测光或耦合光的功率,而后声光调制器(AOM)配合PID电子控制模块实现探测光或耦合光的功率调控;在所述锁频模块中,探测光是由集成饱和吸收光谱模块实现锁频,而耦合光由外腔锁频技术实现锁频。
8.如权利要求7所述的基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:所述光电探测单元包括示波器、光电探测器和锁相放大器,所述示波器、光电探测器以及锁相放大器共同构成光电探测单元,实现对于EIT光谱的探测和显示。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的基于量子相干效应的体内电场测量装置,其特征在于:通过光纤耦合原子气室电场探头使光纤穿透体内实现体内电场测量,从而促进植入式生物医疗系统在疾病诊断和治疗中的应用,解决相关工程问题。
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