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申请/专利权人：中国科学院国家授时中心;中国科学院大学

摘要：一种提高光信号稳定度的探测装置，镜筒内沿光入射的方向依次设置有凸透镜、非球面透镜、液体透镜、光电探测器，非球面透镜与凸透镜之间的距离为18mm～25mm，液体透镜与非球面透镜之间的距离为10mm～20mm，光电探测器与液体透镜之间的距离为60mm～100mm。本发明具有结构简单、提高工作效率、提高光信号稳定度的优点。

主权项：1.一种提高光信号稳定度的探测装置，其特征在于：镜筒（1）沿光入射方向依次设置有凸透镜（2）、非球面透镜（3）、液体透镜（4）、光电探测器（5），非球面透镜（3）与凸透镜（2）之间的距离为18mm～25mm，液体透镜（4）与非球面透镜（3）之间的距离为10mm～20mm，光电探测器（5）与液体透镜（4）之间的距离为60mm～100mm；所述的凸透镜（2）的入射面为平面、出射面为凸面，凸面的曲率半径为40mm～50mm；所述的非球面透镜（3）的入射面为凸面、出射面为平面，凸面的曲率半径为30mm～50mm、二次曲面系数为-1.8～20；所述的液体透镜（4）入射面为凹面、出射面为平面，凹面的曲率半径为-50mm～-75mm。

全文数据：提高光信号稳定度的探测装置技术领域本发明属于光学仪器技术领域，具体涉及到一种提高光信号稳定度的探测装置。背景技术目前原子喷泉钟光信号的探测方式一般是荧光探测法。被探测的原子团与探测激光相互作用，发出荧光，然后通过光探测装置进行探测。常见的光探测装置一般是采用透镜组合的方式将被探测原子团发出的荧光汇聚到光电探测器上，通过光电探测器转化为电信号，最终形成原子钟所需的信号，所以光电探测信号的稳定度最终会影响原子钟信号的稳定度。目前探测装置常用的透镜组组合的探测方式，从理论上讲，光探测面积大小相同的探测器假设其噪声相同，光电探测器上照度的变化是影响光信号稳定度的决定性因素。原子喷泉钟的工作方式是脉冲式的，每一次探测的原子团都是通过底部装置的六束激光不同的频差，上三束激光与下三束激光的频率不同使得被探测原子团获得竖直向上的初速度，运动至最高点后，在重力的作用下回落，在下落的过程的经过光探测区时进行光探测。理论上只要选择合适的透镜组将被探测原子发出的荧光汇聚到光电探测器的光电探测面上即可。但是在实际中，将被探测原子团进行上抛的六束激光的频率，功率，以及光斑质量等，随着原子喷泉钟的长期运行，会发生一些改变。比如激光的频率会发生偏离，功率会发生变化，光斑质量，比如出射光斑的偏振，随着环境温度的变化等等。所以被探测原子团随着原子钟长时间的运行，其上抛的方向必然会出现一些偏离，也就是说原子钟长期运行之后，被探测原子团的上抛、下落的路径相对于之前会发生偏离，这必然会导致下落的原子团经过光探测区时相对于透镜组的位置也会发生偏离，根据光学成像原理，物距发生变化时，像距也会改变，成像的大小也会改变，所以被探测原子团相较于之前成像在光电探测器光电面的面积大小也会发生变化，其光照度也会随之改变，光电信号的稳定度必然会降低，最终会影响到原子喷泉钟的信号稳定度。发明内容本发明所要解决的技术问题在于克服现有原子钟光探测装置的缺点，提供一种工作效率高、结构简单、提高光信号稳定度的探测装置。解决上述技术问题所采用的技术方案是：镜筒沿光入射方向依次设置有凸透镜、非球面透镜、液体透镜、光电探测器，非球面透镜与凸透镜之间的距离为18mm～25mm，液体透镜与非球面透镜之间的距离为10mm～20mm，光电探测器与液体透镜之间的距离为60mm～100mm。作为一种优选的技术方案，所述的凸透镜的入射面为平面、出射面为凸面，凸面的曲率半径为40mm～50mm。作为一种优选的技术方案，所述的非球面透镜的入射面为凸面、出射面为平面，凸面的曲率半径为30mm～50mm、二次曲面系数为-1.8～20。作为一种优选的技术方案，所述的液体透镜入射面为凹面、出射面为平面，凹面的曲率半径为-50mm～-75mm。作为一种优选的技术方案，所述的凸透镜和非球面透镜的入射面和出射面均蒸镀有减反膜。本发明的有益效果如下：本发明的镜筒内沿光入射的方向依次安装有凸透镜、非球面透镜、液体透镜、光电探测器。被探测原子团发出的荧光经过凸透镜和非球面透镜及液体透镜构成的具有一定光焦度的光探测系统所汇聚，收集到光电探测器上，经光电探测器转换为电信号输出。当被探测原子团偏离原来路径时，液体透镜在外加电压的情况下，曲率半径会发生变化，从而会形成正或者负的光焦度，抵消被探测原子团偏离原来路径所造成的在光电探测器光电探测面上所形成光斑大小的变化，从而提高光信号的稳定度。本发明不局限于原子喷泉钟的应用，在红外光学系统，以及各种光信号探测中均可应用。附图说明图1是本发明的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。实施例1在图1中，一种提高光信号稳定度的探测装置由镜筒1、凸透镜2、非球面透镜3、液体透镜4、光电探测器5连接构成。镜筒1内光入射的方向依次安装有凸透镜2、非球面透镜3、液体透镜4、光电探测器5，凸透镜2的入射面为平面、出射面为凸面，凸面的曲率半径为45mm，凸透镜2的入射面与出射面均蒸镀有减反膜，非球面透镜3的入射面与凸透镜2出射面之间的距离为20mm，非球面透镜3的入射面为凸面、出射面为平面，凸面的曲率半径为40mm、二次曲面系数为10，非球面透镜3的入射面与出射面均蒸镀有减反膜，液体透镜4入射面与非球面透镜3出射面之间的距离为15mm，液体透镜4入射面为凹面、出射面为平面，凹面的曲率半径为-60mm，光电探测器5与液体透镜4出射面之间的距离为80mm。被探测原子团下落到探测区域后，与探测激光相互作用后发出荧光，经过凸透镜2和非球面透镜3及液体透镜4构成的具有一定光焦度的光探测系统所汇聚，收集到光电探测器5上，经光电探测器5转换为电信号输出。原子钟经过长期运行后，下落被探测原子团会偏离原来的路径，从而导致被探测原子团与凸透镜2和非球面透镜3及液体透镜4所构成的光探测系统之间的距离发生改变，此时汇聚在光电探测器5探测面上的光斑大小必然发生变化，从而影响光电信号的稳定度。此时利用液体透镜4的原理，在外加电压的情况下，液体透镜4会发生曲率半径的变化，从而会形成正或者负的光焦度，抵消被探测原子团偏离原来路径所造成的在光电探测器5光电探测面上所形成光斑大小的变化，虽然原子团相对于光探测系统的距离发生的改变，但是光探测系统在液体透镜4外加电压作用下，整体的光焦度发生了改变，抵消了距离改变对光信号稳定度的影响。实施例2在本实施例中，镜筒1内沿荧光入射的方向依次安装有凸透镜2、非球面透镜3、液体透镜4、光电探测器5，凸透镜2的入射面为平面、出射面为凸面，凸面的曲率半径为40mm，凸透镜2的入射面与出射面均蒸镀有减反膜，非球面透镜3的入射面与凸透镜2出射面之间的距离为18mm，非球面透镜3的入射面为凸面、出射面为平面，凸面的曲率半径为30mm、二次曲面系数为-1.8，非球面透镜3的入射面与出射面均蒸镀有减反膜，液体透镜4入射面与非球面透镜3出射面之间的距离为10mm，液体透镜4入射面为凹面、出射面为平面，凹面的曲率半径为-50mm，光电探测器5与液体透镜4出射面之间的距离为60mm。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。实施例3在本实施例中，镜筒1内沿光入射的方向依次安装有凸透镜2、非球面透镜3、液体透镜4、光电探测器5，凸透镜2的入射面为平面、出射面为凸面，凸面的曲率半径为50mm，凸透镜2的入射面与出射面均蒸镀有减反膜，非球面透镜3的入射面与凸透镜2出射面之间的距离为25mm，非球面透镜3的入射面为凸面、出射面为平面，凸面的曲率半径为50mm、二次曲面系数为20，非球面透镜3的入射面与出射面均蒸镀有减反膜，液体透镜4入射面与非球面透镜3出射面之间的距离为20mm，液体透镜4入射面为凹面、出射面为平面，凹面的曲率半径为-75mm，光电探测器5与液体透镜4出射面之间的距离为100mm。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。

权利要求：1.一种提高光信号稳定度的探测装置，其特征在于：镜筒1沿光入射方向依次设置有凸透镜2、非球面透镜3、液体透镜4、光电探测器5，非球面透镜3与凸透镜2之间的距离为18mm～25mm，液体透镜4与非球面透镜3之间的距离为10mm～20mm，光电探测器5与液体透镜4之间的距离为60mm～100mm。2.根据权利要求1所述的提高光信号稳定度的探测装置，其特征在于：所述的凸透镜2的入射面为平面、出射面为凸面，凸面的曲率半径为40mm～50mm。3.根据权利要求1所述的提高光信号稳定度的探测装置，其特征在于：所述的非球面透镜3的入射面为凸面、出射面为平面，凸面的曲率半径为30mm～50mm、二次曲面系数为-1.8～20。4.根据权利要求1所述的提高光信号稳定度的探测装置，其特征在于：所述的液体透镜4入射面为凹面、出射面为平面，凹面的曲率半径为-50mm～-75mm。5.根据权利要求1～3任一项所述的提高光信号稳定度的探测装置，其特征在于：所述的凸透镜2和非球面透镜3的入射面和出射面均蒸镀有减反膜。

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