本發(fā)明涉及磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置及方法。

背景技術(shù)：

磁場(chǎng)的測(cè)量在工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面都有著重要應(yīng)用，例如無(wú)線通信系統(tǒng)周邊的磁場(chǎng)分布對(duì)通信信號(hào)的干擾、大型吊裝設(shè)備磁性系統(tǒng)的磁場(chǎng)分布、磁懸浮列車的磁場(chǎng)分析，以及現(xiàn)在比較新型的通過(guò)測(cè)量導(dǎo)體周邊磁場(chǎng)分布測(cè)量磁場(chǎng)技術(shù)，乃至于對(duì)于地磁的分析，等等；涉及到永磁材料附近磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量、金屬材料退磁后的剩余磁場(chǎng)測(cè)量、機(jī)械零件加工后的殘磁、強(qiáng)磁屏蔽后的漏磁測(cè)量，以及直流電機(jī)、揚(yáng)聲器、磁選機(jī)、永磁除鐵器等工作磁場(chǎng)的測(cè)量，廣泛分布于磁性材料生產(chǎn)、永磁電機(jī)、機(jī)械加工、不銹鋼制品及模具制造等行業(yè)。

目前磁場(chǎng)測(cè)量常用的技術(shù)包括磁通門法、霍爾效應(yīng)法、磁阻效應(yīng)法，等等；這些方法的一個(gè)基本原理，都是通過(guò)電磁感應(yīng)的方式進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量。

近些年，采用光傳感技術(shù)進(jìn)行測(cè)量在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域日益受到重視。利用磁光材料測(cè)量磁場(chǎng)是一種很有效的磁場(chǎng)測(cè)量方法。該技術(shù)的基本原理如圖1所示，圖1是采用磁光材料測(cè)量磁場(chǎng)的原理圖。當(dāng)一束偏振光通過(guò)一個(gè)處于磁場(chǎng)當(dāng)中的磁光材料時(shí)，其偏振方向由于法拉第磁光效應(yīng)而發(fā)生改變，在磁光材料長(zhǎng)度一定的情況下，偏振方向改變的角度β隨磁感應(yīng)強(qiáng)度b的增加而增加。利用圖1長(zhǎng)度為d的磁光材料，通過(guò)測(cè)量偏振光由于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度，從而計(jì)算出磁場(chǎng)強(qiáng)度。

與傳統(tǒng)磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)相比，使用磁光材料測(cè)量磁場(chǎng)的系統(tǒng)，可采用光纖作為測(cè)量信息傳輸介質(zhì)，使用光信號(hào)進(jìn)行測(cè)量信息傳輸，具有測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需供電、信號(hào)傳輸不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。

從圖1中可以看出，在磁場(chǎng)方向和磁光材料通光方向一致的情況下，磁光材料中偏振光的旋轉(zhuǎn)角度和磁場(chǎng)大小有直接關(guān)系。但在空間磁場(chǎng)測(cè)量當(dāng)中，人們往往不知道磁場(chǎng)方向，因此也不能保證磁光材料擺放的方向(磁光材料擺放的方向與其內(nèi)通光方向一致)和磁場(chǎng)方向一致，當(dāng)兩者方向不一致的時(shí)候，磁光材料中偏振光的旋轉(zhuǎn)角度和磁場(chǎng)方向在磁光材料通光方向上投影的大小有關(guān)系。所以，使用單一的一個(gè)磁光材料，無(wú)法測(cè)量未知磁場(chǎng)方向的磁場(chǎng)大小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一就是提供一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的方法，該方法能夠在不知道空間磁場(chǎng)方向的情況下，測(cè)量出磁場(chǎng)的方向和大小。

本發(fā)明的目的之二就是提供一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置，采用該裝置測(cè)量磁場(chǎng)，可在不知道空間磁場(chǎng)方向的情況下，測(cè)量出磁場(chǎng)的方向和大小。

本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的方法，包括如下步驟：

a、將第一磁光材料、第二磁光材料和第三磁光材料放置在待測(cè)磁場(chǎng)中，且三個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變；三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，且三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上；

b、設(shè)置光源；使光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)槿窆猓謩e為第一偏振光、第二偏振光和第三偏振光；使第一偏振光通過(guò)第一磁光材料，使第二偏振光通過(guò)第二磁光材料，使第三偏振光通光第三磁光材料；

c、測(cè)量第一偏振光通過(guò)第一磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角βa，測(cè)量第二偏振光通過(guò)第二磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角βb，測(cè)量第三偏振光通過(guò)第三磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第三偏轉(zhuǎn)角βc；

d、根據(jù)三個(gè)偏轉(zhuǎn)角計(jì)算出待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

本發(fā)明通過(guò)在待測(cè)磁場(chǎng)中放置三個(gè)相對(duì)位置固定不變的磁光材料(例如為磁光晶體或磁光玻璃等)來(lái)同時(shí)作為磁場(chǎng)傳感器件，且三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，再有，保證三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上。在每一個(gè)磁光材料內(nèi)通入一束偏振光，由于法拉第效應(yīng)，偏振光在經(jīng)過(guò)磁光材料后偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，本發(fā)明通過(guò)分別測(cè)量三束偏振光通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的磁光材料后偏振方向改變的角度βa、βb和βc(偏振方向改變的角度可根據(jù)光強(qiáng)的變化而求出)，再根據(jù)下面的公式即可求出待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

上面三個(gè)公式中，b為待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，bx為磁感應(yīng)強(qiáng)度b在x-y-z三維直角坐標(biāo)系中x軸方向的分量，by為磁感應(yīng)強(qiáng)度b在y軸方向的分量，bz為磁感應(yīng)強(qiáng)度b在z軸方向的分量；為待測(cè)磁場(chǎng)方向在x-y平面的投影與x軸方向的夾角，θb為待測(cè)磁場(chǎng)方向與z軸方向的夾角。

bx、by和bz的計(jì)算公式如下：

上述bx、by和bz的計(jì)算公式中，βa為偏振光通過(guò)第一磁光材料后偏振方向改變的角度，βb為偏振光通過(guò)第二磁光材料后偏振方向改變的角度，βc為偏振光通過(guò)第三磁光材料后偏振方向改變的角度；va為第一磁光材料的維爾德系數(shù)，vb為第二磁光材料的維爾德系數(shù)，vc為第三磁光材料的維爾德系數(shù)，da為第一磁光材料的長(zhǎng)度(磁光材料的長(zhǎng)度方向與其內(nèi)通光方向一致)，db為第二磁光材料的長(zhǎng)度，dc為第三磁光材料的長(zhǎng)度，ωab為第一磁光材料與第二磁光材料之間的夾角，ωbc為第二磁光材料與第三磁光材料之間的夾角，ωca為第三磁光材料與第一磁光材料之間的夾角；且第一磁光材料的擺放方向與x軸方向一致，第二磁光材料位于x-y平面內(nèi)。

在測(cè)量磁場(chǎng)過(guò)程中，va、vb、vc、da、db、dc、ωab、ωbc、ωca、βa、βb和βc這些參數(shù)是已知的或可測(cè)量的，因此，通過(guò)上述公式就能計(jì)算出待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

通過(guò)本發(fā)明中的方法，可在不知道磁場(chǎng)方向的情況下，采用三個(gè)磁光材料并結(jié)合上述計(jì)算公式即可測(cè)得待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置，包括：

三個(gè)磁光材料，分別為第一磁光材料、第二磁光材料和第三磁光材料；三個(gè)磁光材料放置在待測(cè)磁場(chǎng)中，且三個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變；三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，且三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上；

光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光；

偏振分束單元，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為三束偏振光，三束偏振光分別入射所述第一磁光材料、所述第二磁光材料和所述第三磁光材料；

第一檢偏器，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光；

第二檢偏器，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光；

第三檢偏器，用于接收來(lái)自所述第三磁光材料的出射光；

第一光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一檢偏器的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第一電信號(hào)；

第二光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二檢偏器的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第二電信號(hào)；

第三光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第三檢偏器的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第三電信號(hào)；以及

信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器和所述第三光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)和所述第三電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

上述裝置中，所述偏振分束單元包括起偏器、第一分束器和第二分束器；所述起偏器用于接收所述光源產(chǎn)生的測(cè)量光并輸出一束偏振光，所述第一分束器用于將所述起偏器輸出的一束偏振光分束為兩束偏振光，所述第二分束器用于將所述第一分束器輸出的其中一束偏振光再次分束為兩束偏振光。

上述裝置中，所述偏振分束單元包括第一分束器、第二分束器、第一起偏器、第二起偏器和第三起偏器；所述第一分束器用于將所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束測(cè)量光，所述第一分束器輸出的其中一束測(cè)量光經(jīng)所述第一起偏器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐皇窆?，所述第一分束器輸出的另一束測(cè)量光經(jīng)所述第二分束器后再次被分束為兩束測(cè)量光；所述第二分束器輸出的其中一束測(cè)量光經(jīng)所述第二起偏器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐皇窆?，所述第二分束器輸出的另一束測(cè)量光經(jīng)所述第三起偏器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐皇窆狻?/p>

上述裝置中，所述偏振分束單元包括第一偏振分束器和第二偏振分束器；所述第一偏振分束器用于將所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光，所述第二偏振分束器用于將所述第一偏振分束器輸出的其中一束偏振光再次分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光。

本發(fā)明還提供了另一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置，包括：

三個(gè)磁光材料，分別為第一磁光材料、第二磁光材料和第三磁光材料；三個(gè)磁光材料放置在待測(cè)磁場(chǎng)中，且三個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變；三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，且三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上；

光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光；

第一偏振分束單元，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為三束偏振光，三束偏振光分別入射所述第一磁光材料、所述第二磁光材料和所述第三磁光材料；

第二偏振分束單元，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光；

第三偏振分束單元，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光；

第四偏振分束單元，用于接收來(lái)自所述第三磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光；

第一光探測(cè)器和第二光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第二偏振分束單元的兩束偏振光，并分別產(chǎn)生第一電信號(hào)和第二電信號(hào)；

第三光探測(cè)器和第四光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第三偏振分束單元的兩束偏振光，并分別產(chǎn)生第三電信號(hào)和第四電信號(hào)；

第五光探測(cè)器和第六光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第四偏振分束單元的兩束偏振光，并分別產(chǎn)生第五電信號(hào)和第六電信號(hào)；以及

信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器、所述第四光探測(cè)器、所述第五光探測(cè)器和所述第六光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)、所述第四電信號(hào)、所述第五電信號(hào)和所述第六電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

上述裝置中，所述第二偏振分束單元、所述第三偏振分束單元和所述第四偏振分束單元為偏振分束器或沃拉斯頓棱鏡。

上述裝置中，所述第二偏振分束單元為第一沃拉斯頓棱鏡，所述第三偏振分束單元為第二沃拉斯頓棱鏡，所述第四偏振分束單元為第三沃拉斯頓棱鏡；在所述第一沃拉斯頓棱鏡、所述第二沃拉斯頓棱鏡和所述第三沃拉斯頓棱鏡的后端均設(shè)置有雙光纖準(zhǔn)直器，且所述第一光探測(cè)器和所述第二光探測(cè)器分別通過(guò)光纖接收來(lái)自所述第一沃拉斯頓棱鏡的光信號(hào)，所述第三光探測(cè)器和所述第四光探測(cè)器分別通過(guò)光纖接收來(lái)自所述第二沃拉斯頓棱鏡的光信號(hào)，所述第五光探測(cè)器和所述第六光探測(cè)器分別通過(guò)光纖接收來(lái)自第三沃拉斯頓棱鏡的光信號(hào)。

本發(fā)明還提供了第三種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置，包括：

三個(gè)磁光材料，分別為第一磁光材料、第二磁光材料和第三磁光材料；三個(gè)磁光材料放置在待測(cè)磁場(chǎng)中，且三個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變；三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均呈90°夾角，且三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上；

光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光；

第一偏振分束器，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光，分別為第一透射偏振光和第一反射偏振光，且第一反射偏振光入射所述第一磁光材料；

第二偏振分束器，用于接收所述第一偏振分束器輸出的第一透射偏振光并分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光，分別為第二透射偏振光和第二反射偏振光；所述第二透射偏振光入射所述第二磁光材料，所述第二反射偏振光入射所述第三磁光材料；

第一沃拉斯頓棱鏡，用于接收來(lái)自所述第一磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光；

第二沃拉斯頓棱鏡，用于接收來(lái)自所述第二磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光；

第三沃拉斯頓棱鏡，用于接收來(lái)自所述第三磁光材料的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的偏振光；

第一光探測(cè)器和第二光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第一沃拉斯頓棱鏡的兩束偏振光，并分別產(chǎn)生第一電信號(hào)和第二電信號(hào)；

第三光探測(cè)器和第四光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第二沃拉斯頓棱鏡的兩束偏振光，并分別產(chǎn)生第三電信號(hào)和第四電信號(hào)；

第五光探測(cè)器和第六光探測(cè)器，兩者分別接收來(lái)自所述第三沃拉斯頓棱鏡的兩束偏振光，并分別產(chǎn)生第五電信號(hào)和第六電信號(hào)；以及

信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器、所述第四光探測(cè)器、所述第五光探測(cè)器和所述第六光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)、所述第四電信號(hào)、所述第五電信號(hào)和所述第六電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向；

所述第一偏振分束器、所述第二偏振分束器、所述第一磁光材料、所述第二磁光材料、所述第三磁光材料、所述第一沃拉斯頓棱鏡、所述第二沃拉斯頓棱鏡和所述第三沃拉斯頓棱鏡八者膠合在一起形成一個(gè)光學(xué)器件集成單元。

本發(fā)明還提供了第四種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置，包括：

三個(gè)磁光材料，分別為第一磁光材料、第二磁光材料和第三磁光材料；三個(gè)磁光材料放置在待測(cè)磁場(chǎng)中，且三個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變；三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，且三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上；

光源，用于產(chǎn)生一束測(cè)量光；

第一分束器，用于接收所述光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束測(cè)量光，分別為第一透射測(cè)量光和第一反射測(cè)量光；

第二分束器，用于接收所述第一分束器輸出的第一反射測(cè)量光并分束為兩束測(cè)量光，分別為第二透射測(cè)量光和第二反射測(cè)量光；

第一光環(huán)形器，用于接收來(lái)自所述第一分束器的所述第一透射測(cè)量光并輸出一個(gè)第一光環(huán)形器測(cè)量光；

第二光環(huán)形器，用于接收來(lái)自所述第二分束器的所述第二透射測(cè)量光并輸出一個(gè)第二光環(huán)形器測(cè)量光；

第三光環(huán)形器，用于接收來(lái)自所述第二分束器的所述第二反射測(cè)量光并輸出一個(gè)第三光環(huán)形器測(cè)量光；

第一偏振分束器，用于接收來(lái)自所述第一光環(huán)形器輸出的第一光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn)生一個(gè)第一透射偏振光；所述第一透射偏振光入射所述第一磁光材料，所述第一透射偏振光經(jīng)所述第一磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第一偏轉(zhuǎn)光；

第二偏振分束器，用于接收來(lái)自所述第二光環(huán)形器輸出的第二光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn)生一個(gè)第二透射偏振光；所述第二透射偏振光入射所述第二磁光材料，所述第二透射偏振光經(jīng)所述第二磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第二偏轉(zhuǎn)光；

第三偏振分束器，用于接收來(lái)自所述第三光環(huán)形器輸出的第三光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn)生一個(gè)第三透射偏振光；所述第三透射偏振光入射所述第三磁光材料，所述第三透射偏振光經(jīng)所述第三磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第三偏轉(zhuǎn)光；

第一反射鏡，用于對(duì)所述第一磁光材料輸出的第一偏轉(zhuǎn)光進(jìn)行反射形成第一反射光，所述第一反射光入射所述第一磁光材料；所述第一反射光經(jīng)所述第一磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第一返回偏轉(zhuǎn)光，所述第一返回偏轉(zhuǎn)光經(jīng)所述第一偏振分束器后形成兩束偏振方向相互垂直的偏振光，分別為第一返回透射偏振光和第一返回反射偏振光，所述第一返回透射偏振光經(jīng)所述第一光環(huán)形器后形成第一返回光環(huán)形器測(cè)量光；

第二反射鏡，用于對(duì)所述第二磁光材料輸出的第二偏轉(zhuǎn)光進(jìn)行反射形成第二反射光，所述第二反射光入射所述第二磁光材料；所述第二反射光經(jīng)所述第二磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第二返回偏轉(zhuǎn)光，所述第二返回偏轉(zhuǎn)光經(jīng)所述第二偏振分束器后形成兩束偏振方向相互垂直的偏振光，分別為第二返回透射偏振光和第二返回反射偏振光；所述第二返回透射偏振光經(jīng)所述第二光環(huán)形器后形成第二返回光環(huán)形器測(cè)量光；

第三反射鏡，用于對(duì)所述第三磁光材料輸出的第三偏轉(zhuǎn)光進(jìn)行反射形成第三反射光，所述第三反射光入射所述第三磁光材料；所述第三反射光經(jīng)所述第三磁光材料后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成第三返回偏轉(zhuǎn)光，所述第三返回偏轉(zhuǎn)光經(jīng)所述第三偏振分束器后形成兩束偏振方向相互垂直的偏振光，分別為第三返回透射偏振光和第三返回反射偏振光；所述第三返回透射偏振光經(jīng)所述第三光環(huán)形器后形成第三返回光環(huán)形器測(cè)量光；

第一光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一偏振分束器輸出的第一返回反射偏振光并產(chǎn)生第一電信號(hào)；

第二光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第一光環(huán)形器輸出的第一返回光環(huán)形器測(cè)量光并產(chǎn)生第二電信號(hào)；

第三光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二偏振分束器輸出的第二返回反射偏振光并產(chǎn)生第三電信號(hào)；

第四光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第二光環(huán)形器輸出的第二返回光環(huán)形器測(cè)量光并產(chǎn)生第四電信號(hào)；

第五光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第三偏振分束器輸出的第三返回反射偏振光并產(chǎn)生第五電信號(hào)；

第六光探測(cè)器，用于接收來(lái)自所述第三光環(huán)形器輸出的第三返回光環(huán)形器測(cè)量光并產(chǎn)生第六電信號(hào)；以及

信號(hào)處理電路，分別與所述第一光探測(cè)器、所述第二光探測(cè)器、所述第三光探測(cè)器、所述第四光探測(cè)器、所述第五光探測(cè)器和所述第六光探測(cè)器相接，用于接收所述第一電信號(hào)、所述第二電信號(hào)、所述第三電信號(hào)、所述第四電信號(hào)、所述第五電信號(hào)和所述第六電信號(hào)，并根據(jù)接收到的電信號(hào)計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

本發(fā)明所提供的裝置具有多種不同形式的結(jié)構(gòu)；但是，所有這些裝置在設(shè)計(jì)時(shí)的中心思想是一致的。本發(fā)明所提供的裝置的中心思想是設(shè)置三個(gè)相對(duì)位置固定不變的磁光材料，且三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，再有，三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上。當(dāng)這三個(gè)磁光材料處于待測(cè)磁場(chǎng)中時(shí)，三個(gè)磁光材料內(nèi)通入的偏振光都會(huì)由于法拉第效應(yīng)而使偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過(guò)測(cè)量可得出每一束偏振光在經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的磁光材料后偏振方向所偏轉(zhuǎn)的角度(簡(jiǎn)稱偏轉(zhuǎn)角)，通過(guò)所測(cè)三個(gè)偏轉(zhuǎn)角，再結(jié)合相應(yīng)的公式即可計(jì)算出待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。本發(fā)明可在不知道磁場(chǎng)方向的情況下，采用三個(gè)磁光材料以及相應(yīng)的光學(xué)器件，再結(jié)合上述計(jì)算公式即可測(cè)得待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向，解決了現(xiàn)有技術(shù)中使用單一的一個(gè)磁光材料，在磁場(chǎng)方向未知的情況下，無(wú)法測(cè)量磁場(chǎng)大小的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用磁光材料測(cè)量磁場(chǎng)的原理圖。

圖2中，圖2(a)是待測(cè)磁場(chǎng)在三維直角坐標(biāo)系x-y-z中的方位角示意圖，圖2(b)是三個(gè)相互正交的傳感頭a、b、c在三維直角坐標(biāo)系x-y-z中的擺放位置示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例5的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例6的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例7的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例7中光學(xué)器件集成單元的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例8的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、第一磁光晶體，2、第二磁光晶體，3、第三磁光晶體，4、第一分束器，5、第二分束器，6、第一起偏器，7、第二起偏器，8、第三起偏器，9、第一檢偏器，10、第二檢偏器，11、第三檢偏器，12、第一光探測(cè)器，13、第二光探測(cè)器，14、第三光探測(cè)器，15、第四光探測(cè)器，16、第五光探測(cè)器，17、第六光探測(cè)器，18、第一偏振分束器，19、第二偏振分束器，20、第三偏振分束器，21、第四偏振分束器，22、第五偏振分束器，23、第一沃拉斯頓棱鏡，24、第二沃拉斯頓棱鏡，25、第三沃拉斯頓棱鏡，26、雙光纖準(zhǔn)直器，27、第一直角反射鏡，28、第二直角反射鏡，29、第一光環(huán)形器，30、第二光環(huán)形器，31、第三光環(huán)形器，32、第一反射鏡，33、第二反射鏡，34、第三反射鏡。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的方法。

本發(fā)明實(shí)施例使用三個(gè)磁光晶體(磁光晶體為磁光材料的一種)做傳感頭(或稱磁場(chǎng)傳感器件)測(cè)量磁場(chǎng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法在未知磁場(chǎng)方向的前提下測(cè)量磁場(chǎng)的問(wèn)題。

如圖1所示，法拉第效應(yīng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度與偏振旋轉(zhuǎn)角度(或稱偏轉(zhuǎn)角)的關(guān)系為：

式[1]中，b為磁感應(yīng)強(qiáng)度，d為磁光材料的長(zhǎng)度，v為磁光材料的維爾德系數(shù)(verdetconstant)，β為光在長(zhǎng)度為d的磁光材料中產(chǎn)生的光偏振旋轉(zhuǎn)角度(或稱偏轉(zhuǎn)角)，α為磁光材料內(nèi)光傳輸方向與磁光材料處磁感應(yīng)強(qiáng)度b方向的夾角，圖1中α為0。根據(jù)式[1]可知，通過(guò)測(cè)量偏振旋轉(zhuǎn)角度β就可得到磁感應(yīng)強(qiáng)度b。

如圖2所示，假設(shè)有三個(gè)互相正交的傳感頭a、b、c，且這三個(gè)傳感頭的擺放方式形成x-y-z三維結(jié)構(gòu)，設(shè)待測(cè)磁場(chǎng)方向沿任意op方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b。傳感頭a的長(zhǎng)度為da，傳感頭b的長(zhǎng)度為db，傳感頭c的長(zhǎng)度為dc，傳感頭a的維爾德系數(shù)為va，傳感頭b的維爾德系數(shù)為vb，傳感頭c的維爾德系數(shù)為vc。

設(shè)光通過(guò)傳感頭a后的偏振旋轉(zhuǎn)角度為βa，光通過(guò)傳感頭b后的偏振旋轉(zhuǎn)角度為βb，光通過(guò)傳感頭c后的偏振旋轉(zhuǎn)角度為βc，則有：

βc＝vc·dc·b·cosθ＇---------[4]

因此有：

最后得出：

如果va＝vb＝vc＝v，da＝db＝dc＝d，即三個(gè)磁光材料維爾德系數(shù)相同，且長(zhǎng)度一樣，則有：

可以看到，通過(guò)測(cè)量三個(gè)傳感頭的偏振旋轉(zhuǎn)角βa、βb和βc，可以計(jì)算出磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度及方向。需要注意的是，測(cè)量過(guò)程中應(yīng)保證三個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變。

上述推導(dǎo)是以三個(gè)磁光材料通光方向相互垂直為前提的。在實(shí)際應(yīng)用中，為了某些需要(例如：探測(cè)空間狹窄，對(duì)探頭的體積有限制)，往往不能采用三個(gè)磁光材料通光方向相互垂直的方案，而需要改變?nèi)齻€(gè)磁光材料通光方向之間的夾角，此時(shí)上面的公式就有了局限性。下面就三個(gè)磁光材料通光方向兩兩之間為任意夾角的情況進(jìn)行分析研究。

根據(jù)公式[1]，通過(guò)測(cè)量偏振旋轉(zhuǎn)角度β就可得到磁感應(yīng)強(qiáng)度b，但是，前提是需要知道磁光材料內(nèi)通光方向與待測(cè)磁場(chǎng)方向之間的夾角α。而在待測(cè)磁場(chǎng)方向未知的情況下，不可能獲得磁光材料內(nèi)通光方向與待測(cè)磁場(chǎng)方向之間的夾角α。因此，不可能簡(jiǎn)單的依據(jù)公式[1]來(lái)計(jì)算得出。

為了不失一般性，設(shè)三個(gè)傳感頭a、b、c兩兩之間呈一定夾角，傳感頭a與傳感頭b之間的夾角用ωab來(lái)表示，傳感頭b與傳感頭c之間的夾角用ωbc來(lái)表示，傳感頭a與傳感頭c之間的夾角用ωca來(lái)表示。沿三個(gè)傳感頭a、b、c的方向(傳感頭的方向與其內(nèi)通光方向一致)分別取三個(gè)單位矢量三個(gè)傳感頭a、b、c的長(zhǎng)度分別為da、db、dc，三個(gè)傳感頭a、b、c的verdet系數(shù)分別為va、vb、vc。三個(gè)傳感頭不在同一平面，或者說(shuō)三個(gè)傳感頭內(nèi)通光方向不處于同一平面內(nèi)。

假設(shè)待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度在三個(gè)傳感頭方向的分量分別為ba、bb、bc。該待測(cè)磁場(chǎng)導(dǎo)致通過(guò)傳感頭a、b、c的偏振光旋轉(zhuǎn)角度分別為：βa、βb和βc，通過(guò)測(cè)量偏振光旋轉(zhuǎn)角度，可以計(jì)算出磁感應(yīng)強(qiáng)度的三個(gè)分量ba、bb、bc，如下：

實(shí)際使用中需要將沿三個(gè)傳感頭方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系中的三個(gè)分量。

取三維直角坐標(biāo)系x-y-z，三個(gè)坐標(biāo)軸上的單位矢量分別為令傳感頭a沿x軸方向，傳感頭b在x-y平面。傳感頭c的方向角為其中，θ為傳感頭c方向與z軸之間的夾角，為傳感頭c在x-y平面的投影與x軸的夾角。設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度在三維直角坐標(biāo)系x-y-z下的三個(gè)分量分別為bx、by、bz。

根據(jù)與x-y-z之間的關(guān)系，可得出：

由于與的夾角為ωca，因此有：

由于與夾角為ωbc，因此有：

即有：

將公式[20]代入公式[22]中，有：

即：

由公式[20]和公式[24]，可得到：

由公式[20]和公式[24]，可得出：

即：

根據(jù)公式[17]、[18]、[19]可得出：

最終，磁感應(yīng)強(qiáng)度b可通過(guò)下面公式得出：

磁場(chǎng)的方位角的計(jì)算公式如下：

式[31]、[32]、[33]中的bx、by、bz，由公式[28]、[29]、[30]給出。為磁感應(yīng)強(qiáng)度方向在x-y平面的投影與x軸之間的夾角，θb為磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與z軸的夾角。

特例：如果三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均相互垂直，則

則公式[28]、[29]、[30]能夠簡(jiǎn)化成：

這和前面推導(dǎo)的三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均相互垂直的結(jié)果是一致的。

由上可知：通過(guò)測(cè)量通過(guò)三個(gè)傳感頭的偏振光的偏振旋轉(zhuǎn)角：βa、βb和βc，再知道三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向相互之間的關(guān)系，即可得出磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度及方向。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的方法，包括如下步驟：

a、在待測(cè)磁場(chǎng)中設(shè)置三個(gè)磁光晶體，分別為第一磁光晶體、第二磁光晶體和第三磁光晶體，且三個(gè)磁光晶體的相對(duì)位置固定不變。第一磁光晶體的維爾德系數(shù)為va，長(zhǎng)度為da；第二磁光晶體的維爾德系數(shù)為vb，長(zhǎng)度為db；第三磁光晶體的維爾德系數(shù)為vc，長(zhǎng)度為dc。三個(gè)磁光晶體內(nèi)的通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，且第一磁光晶體內(nèi)通光方向沿x軸方向，第二磁光晶體內(nèi)通光方向處于x-y平面內(nèi)，第三磁光晶體內(nèi)通光方向不在x-y平面內(nèi)。本發(fā)明實(shí)施例中磁光晶體為長(zhǎng)條形的柱狀結(jié)構(gòu)，因此其內(nèi)通光方向即是磁光晶體的擺放方向。

b、使光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)槿€偏振光，分別為第一線偏振光、第二線偏振光和第三線偏振光；使第一線偏振光沿第一磁光晶體的軸心線入射第一磁光晶體，使第二線偏振光沿第二磁光晶體的軸心線入射第二磁光晶體，使第三線偏振光沿第三磁光晶體的軸心線入射第三磁光晶體。三個(gè)磁光晶體處在磁場(chǎng)中，由于法拉第效應(yīng)，入射磁光晶體的線偏振光的偏振方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)。

c、測(cè)量第一線偏振光通過(guò)第一磁光晶體后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角βa，測(cè)量第二線偏振光通過(guò)第二磁光晶體后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角βb，測(cè)量第三線偏振光通過(guò)第三磁光晶體后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第三偏轉(zhuǎn)角βc。第一偏轉(zhuǎn)角βa可通過(guò)測(cè)量第一線偏振光通過(guò)第一磁光晶體后，再通過(guò)一個(gè)檢偏器后光強(qiáng)的變化而求得；第二偏轉(zhuǎn)角βb可通過(guò)測(cè)量第二線偏振光通過(guò)第二磁光晶體后，再通過(guò)一個(gè)檢偏器后光強(qiáng)的變化而求得；第三偏轉(zhuǎn)角βc可通過(guò)測(cè)量第三線偏振光通過(guò)第三磁光晶體后，再通過(guò)一個(gè)檢偏器后光強(qiáng)的變化而求得。第一偏轉(zhuǎn)角βa也可通過(guò)測(cè)量第一線偏振光通過(guò)第一磁光晶體后，再分成兩束偏振方向相互垂直的偏振光，通過(guò)測(cè)量這兩束偏振方向相互垂直的偏振光的光強(qiáng)比例而求得；第二偏轉(zhuǎn)角βb也可通過(guò)測(cè)量第二線偏振光通過(guò)第二磁光晶體后，再分成兩束偏振方向相互垂直的偏振光，通過(guò)測(cè)量這兩束偏振方向相互垂直的偏振光的光強(qiáng)比例而求得；第三偏轉(zhuǎn)角βc也可通過(guò)測(cè)量第三線偏振光通過(guò)第三磁光晶體后，再分成兩束偏振方向相互垂直的偏振光，通過(guò)測(cè)量這兩束偏振方向相互垂直的偏振光的光強(qiáng)比例而求得。

d、根據(jù)上面公式[28]～[33]即可計(jì)算出磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

通過(guò)本發(fā)明中的方法，可在測(cè)量空間磁場(chǎng)過(guò)程中解決采用單一磁光材料傳感頭在磁場(chǎng)方向不確定的情況下不能測(cè)量磁場(chǎng)大小的問(wèn)題。

說(shuō)明：本發(fā)明實(shí)施例中采用線偏振光，其他偏振光(例如橢圓偏振光)只要是在通過(guò)磁光材料時(shí)因?yàn)榇艌?chǎng)而產(chǎn)生角度偏轉(zhuǎn)的，均可以使用本方法。

實(shí)施例2，一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置。

如圖3所示，本實(shí)施例中的裝置包括第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、第三磁光晶體3、第一分束器4、第二分束器5、第一起偏器6、第二起偏器7、第三起偏器8、第一檢偏器9、第二檢偏器10、第三檢偏器11、第一光探測(cè)器12、第二光探測(cè)器13、第三光探測(cè)器14、信號(hào)處理電路、光源以及實(shí)現(xiàn)這些器件連接的光路傳輸器件(例如光纖等)。

第一磁光晶體1、第二磁光晶體2和第三磁光晶體3均設(shè)置在待測(cè)磁場(chǎng)中。第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、第三磁光晶體3內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，且三個(gè)磁光晶體內(nèi)通光方向不在一個(gè)平面上，在測(cè)量過(guò)程中保證三個(gè)磁光晶體的相對(duì)位置固定不變。比較優(yōu)選的技術(shù)方案是：通過(guò)設(shè)置使得三個(gè)磁光材料的通光方向兩兩之間夾角為90°。假設(shè)第一磁光晶體1所在方向?yàn)閤軸方向，第一磁光晶體1和第二磁光晶體2所在平面為x-y平面。

光源設(shè)置在三個(gè)磁光晶體前方，光源用于產(chǎn)生一束測(cè)量光(一般為偏振態(tài)不可知)。第一分束器4設(shè)置在光源后方，第一分束器4用于將光源所產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束測(cè)量光，分別為第一透射測(cè)量光和第一反射測(cè)量光。第一起偏器6設(shè)置在第一分束器4和第一磁光晶體1之間，第一起偏器6接收第一分束器4輸出的第一透射測(cè)量光并輸出第一線偏振光到第一磁光晶體1中。第二分束器5用于將第一分束器4輸出的第一反射測(cè)量光分束為兩束測(cè)量光，分別為第二透射測(cè)量光和第二反射測(cè)量光。第二起偏器7用于將第二分束器5輸出的第二透射測(cè)量光轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙€偏振光并輸入至第二磁光晶體2中，第三起偏器8用于將第二分束器5輸出的第二反射測(cè)量光轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌€偏振光并輸入至第三磁光晶體3中。

第一分束器4、第二分束器5、第一起偏器6、第二起偏器7和第三起偏器8五者構(gòu)成一個(gè)偏振分束單元，偏振分束單元的作用是：用于將光源所產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為三束線偏振光，分別為第一線偏振光、第二線偏振光和第三線偏振光，分束后的三束線偏振光分別入射第一磁光晶體1、第二磁光晶體2和第三磁光晶體3。

第一線偏振光、第二線偏振光和第三線偏振光在三個(gè)磁光晶體內(nèi)傳輸，會(huì)由于法拉第磁光效應(yīng)而導(dǎo)致偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。第一檢偏器9設(shè)置在第一磁光晶體1后方，其用于接收來(lái)自第一磁光晶體1的出射光，并將接收到的偏振光中與其偏振方向不一致的光分量濾除。優(yōu)選的，可以使第一檢偏器9的偏振化方向(即光軸方向)與第一起偏器6的偏振化方向(即光軸方向)相同，這樣，第一檢偏器9就用來(lái)將第一線偏振光因第一磁光晶體1而造成的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的與第一檢偏器9偏振化方向不一致的光分量濾除。第二檢偏器10設(shè)置在第二磁光晶體2后方，其用于接收來(lái)自第二磁光晶體2的出射光，并將接收到的偏振光中與其偏振化方向不一致的光分量濾除。優(yōu)選的，可以使第二檢偏器10的偏振化方向與第二起偏器7的偏振化方向相同，這樣，第二檢偏器10就用來(lái)將第二線偏振光因第二磁光晶體2而造成的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的與第二檢偏器10偏振化方向不一致的光分量濾除。第三檢偏器11設(shè)置在第三磁光晶體3后方，其用于接收來(lái)自第三磁光晶體3的出射光，并將接收到的偏振光中與其偏振化方向不一致的光分量濾除。優(yōu)選的，可以使第三檢偏器11的偏振化方向(即光軸方向)與第三起偏器8的偏振化方向(即光軸方向)相同，這樣，第三檢偏器11就用來(lái)將第三線偏振光因第三磁光晶體3而造成的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)后的與第三檢偏器11偏振化方向不一致的光分量濾除。通過(guò)設(shè)置使第一檢偏器9的偏振化方向與第一起偏器6的偏振化方向相同，使第二檢偏器10的偏振化方向與第二起偏器7的偏振化方向相同，使第三檢偏器11的偏振化方向與第三起偏器8的偏振化方向相同，可以使后期通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)計(jì)算偏轉(zhuǎn)角更加簡(jiǎn)便。

第一光探測(cè)器12設(shè)置在第一檢偏器9的后方，其用于接收來(lái)自第一檢偏器9的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第一電信號(hào)。第二光探測(cè)器13設(shè)置在第二檢偏器10的后方，其用于接收來(lái)自第二檢偏器10的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第二電信號(hào)。第三光探測(cè)器14設(shè)置在第三檢偏器11的后方，其用于接收來(lái)自第三檢偏器11的檢偏輸出光，并產(chǎn)生一個(gè)第三電信號(hào)。

信號(hào)處理電路分別與第一光探測(cè)器12、第二光探測(cè)器13和第三光探測(cè)器14相接，用于接收第一光探測(cè)器12產(chǎn)生的第一電信號(hào)、第二光探測(cè)器13產(chǎn)生的第二電信號(hào)和第三光探測(cè)器14產(chǎn)生的第三電信號(hào)；信號(hào)處理電路根據(jù)接收到的第一電信號(hào)計(jì)算第一線偏振光經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)接收到的第二電信號(hào)計(jì)算第二線偏振光經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)接收到的第三電信號(hào)計(jì)算第三線偏振光經(jīng)第三磁光晶體3后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第三偏轉(zhuǎn)角，再根據(jù)第一偏轉(zhuǎn)角、第二偏轉(zhuǎn)角和第三偏轉(zhuǎn)角計(jì)算磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向(具體計(jì)算公式見(jiàn)實(shí)施例1中公式[28]～[33])。需要說(shuō)明的是，在三個(gè)磁光晶體的相對(duì)位置確定后，計(jì)算過(guò)程中涉及到的一些參數(shù)(包括三個(gè)磁光晶體的長(zhǎng)度、維爾德系數(shù)以及兩兩之間的夾角)均是已知的或可測(cè)量的。

通過(guò)光探測(cè)器所接收到的光強(qiáng)信號(hào)判斷偏轉(zhuǎn)角的變化，既可以采用與光源輸入到系統(tǒng)的光強(qiáng)進(jìn)行比較的辦法，也可以采用現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)測(cè)量的辦法(即通過(guò)已知磁場(chǎng)等進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn))。

實(shí)施例3，一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置。

如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2相比所不同的是：本實(shí)施例中的偏振分束單元由第一起偏器6、第一分束器4和第二分束器5構(gòu)成。第一起偏器6放置在光源的后方，其用于接收光源發(fā)出的測(cè)量光并產(chǎn)生一束線偏振光。第一分束器4和第二分束器5設(shè)置在第一起偏器6與三個(gè)磁光晶體之間，第一分束器4用于將來(lái)自第一起偏器6的一束線偏振光分束為兩束線偏振光，分別為第一透射線偏振光和第一反射線偏振光，第一透射線偏振光(對(duì)應(yīng)實(shí)施例2中的第一線偏振光)入射第一磁光晶體1，第一反射線偏振光入射第二分束器5。第二分束器5用于將第一分束器4輸出的第一反射線偏振光再次分束為兩束線偏振光，分別為第二透射線偏振光和第二反射線偏振光，第二透射線偏振光(對(duì)應(yīng)實(shí)施例2中的第二線偏振光)入射第二磁光晶體2，第二反射線偏振光(對(duì)應(yīng)實(shí)施例2中的第三線偏振光)入射第三磁光晶體3。

本實(shí)施例中其他器件結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系及工作過(guò)程等可參見(jiàn)實(shí)施例2中所描述。

實(shí)施例4，一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置。

本實(shí)施例與實(shí)施例2、實(shí)施例3相比所不同的是：本實(shí)施例中偏振分束單元為兩個(gè)偏振分束器，分別為第一偏振分束器和第二偏振分束器；第一偏振分束器用于將光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，其中一束線偏振光直接入射第一磁光晶體，另外一束線偏振光進(jìn)入第二偏振分束器，第二偏振分束器將接收到的線偏振光再分成兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分束后的兩束線偏振光分別入射第二磁光晶體和第三磁光晶體。

本實(shí)施例中其他器件結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系及工作過(guò)程等可參見(jiàn)實(shí)施例2中所描述。

這里要說(shuō)明一點(diǎn)，第二偏振分束器的光軸應(yīng)當(dāng)盡量和接收到的線偏振光成45°角，以保證第二偏振分束器輸出的兩束偏振光的光強(qiáng)大致相同。

實(shí)施例5，一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置。

如圖5所示，本實(shí)施例中的裝置包括第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、第三磁光晶體3、第一偏振分束器18、第二偏振分束器19、第三偏振分束器20、第四偏振分束器21、第五偏振分束器22、第一光探測(cè)器12、第二光探測(cè)器13、第三光探測(cè)器14、第四光探測(cè)器15、第五光探測(cè)器16、第六光探測(cè)器17、信號(hào)處理電路、光源以及實(shí)現(xiàn)這些器件連接的光路傳輸器件(例如光纖等)。

本實(shí)施例中第一磁光晶體1、第二磁光晶體2和第三磁光晶體3的設(shè)置方式可參見(jiàn)實(shí)施例2中描述。

光源設(shè)置在三個(gè)磁光晶體的前方，光源用于產(chǎn)生一束測(cè)量光。第一偏振分束器18和第二偏振分束器19設(shè)置在光源與三個(gè)磁光晶體之間，第一偏振分束器18用于接收來(lái)自光源的一束測(cè)量光并產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第一透射線偏振光和第一反射線偏振光，第一透射線偏振光(對(duì)應(yīng)實(shí)施例2中的第一線偏振光)直接入射第一磁光晶體1，第一反射線偏振光入射第二偏振分束器19。第二偏振分束器19用于將第一偏振分束器18輸出的第一反射線偏振光再次分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第二透射線偏振光和第二反射線偏振光，第二透射線偏振光(對(duì)應(yīng)實(shí)施例2中的第二線偏振光)入射第二磁光晶體2，第二反射線偏振光(對(duì)應(yīng)實(shí)施例2中的第三線偏振光)入射第三磁光晶體3。

本實(shí)施例中的第一偏振分束器18和第二偏振分束器19構(gòu)成一個(gè)偏振分束單元，該偏振分束單元的其他實(shí)施方式可參考實(shí)施例2或?qū)嵤├?中所述。

第一透射線偏振光、第二透射線偏振光和第二反射線偏振光在三個(gè)磁光晶體內(nèi)傳輸，經(jīng)三個(gè)磁光晶體出射后的線偏振光的偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。第三偏振分束器20設(shè)置在第一磁光晶體1的后方，其用于接收來(lái)自第一磁光晶體1的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光。優(yōu)選的，第三偏振分束器20的光軸與第一偏振分束器18的光軸對(duì)齊。第四偏振分束器21設(shè)置在第二磁光晶體2的后方，其用于接收來(lái)自第二磁光晶體2的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光。優(yōu)選的，第四偏振分束器21的光軸與第二偏振分束器19的光軸對(duì)齊。第五偏振分束器22設(shè)置在第三磁光晶體3的后方，其用于接收來(lái)自第三磁光晶體3的出射光并將其分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光。優(yōu)選的，第五偏振分束器22的光軸與第二偏振分束器19的光軸對(duì)齊。

第一光探測(cè)器12和第二光探測(cè)器13設(shè)置在第三偏振分束器20的后方，兩者分別接收來(lái)自第三偏振分束器20的兩束線偏振光，且第一光探測(cè)器12產(chǎn)生第一電信號(hào)，第二光探測(cè)器13產(chǎn)生第二電信號(hào)。第三光探測(cè)器14和第四光探測(cè)器15設(shè)置在第四偏振分束器21的后方，兩者分別接收來(lái)自第四偏振分束器21的兩束線偏振光，且第三光探測(cè)器14產(chǎn)生第三電信號(hào)，第四光探測(cè)器15產(chǎn)生第四電信號(hào)。第五光探測(cè)器16和第六光探測(cè)器17設(shè)置在第五偏振分束器22的后方，兩者分別接收來(lái)自第五偏振分束器22的兩束線偏振光，且第五光探測(cè)器16產(chǎn)生第五電信號(hào)，第六光探測(cè)器17產(chǎn)生第六電信號(hào)。

信號(hào)處理電路分別與第一光探測(cè)器12、第二光探測(cè)器13、第三光探測(cè)器14、第四光探測(cè)器15、第五光探測(cè)器16和第六光探測(cè)器17相接，用于接收第一電信號(hào)、第二電信號(hào)、第三電信號(hào)、第四電信號(hào)、第五電信號(hào)和第六電信號(hào)。信號(hào)處理電路在接收到六種電信號(hào)時(shí)，首先根據(jù)第一電信號(hào)和第二電信號(hào)計(jì)算出第一透射線偏振光經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)第三電信號(hào)和第四電信號(hào)計(jì)算出第二透射線偏振光經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)第五電信號(hào)和第六電信號(hào)計(jì)算出第二反射線偏振光經(jīng)第三磁光晶體3后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第三偏轉(zhuǎn)角，再根據(jù)第一偏轉(zhuǎn)角、第二偏轉(zhuǎn)角和第三偏轉(zhuǎn)角計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

本實(shí)施例與上面三個(gè)實(shí)施例相比，可以消除光源輸出和信號(hào)傳輸過(guò)程中功率波動(dòng)造成的檢測(cè)誤差。

同樣在這個(gè)實(shí)施例中，第二偏振分束器19的光軸應(yīng)當(dāng)盡量和接收到的線偏振光(第一反射線偏振光)成45°角，以保證第二偏振分束器19輸出的兩束線偏振光(第二透射線偏振光和第二反射線偏振光)的光強(qiáng)大致相同。

實(shí)施例6，一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置。

如圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例5相比所不同的是：本實(shí)施例由第一沃拉斯頓棱鏡23代替實(shí)施例5中的第三偏振分束器20(見(jiàn)圖5)，由第二沃拉斯頓棱鏡24代替實(shí)施例5中的第四偏振分束器21(見(jiàn)圖5)，由第三沃拉斯頓棱鏡25代替實(shí)施例5中的第五偏振分束器22(見(jiàn)圖5)。沃拉斯頓棱鏡與偏振分束器的作用相同，都是用于將一束光分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光。

本實(shí)施例中由沃拉斯頓棱鏡代替實(shí)施例5中的偏振分束器，可以減少因?yàn)槠穹质鞣止膺^(guò)程中的損耗，同時(shí)也可以更有利于系統(tǒng)的集成。在第一沃拉斯頓棱鏡23、第二沃拉斯頓棱鏡24和第三沃拉斯頓棱鏡25的后端均帶有雙光纖準(zhǔn)直器26，有利于和光纖耦合連接，且出光方向都在棱鏡的一側(cè)，與兩束出光方向垂直的偏振分束器相比，沃拉斯頓棱鏡和雙光纖準(zhǔn)直器結(jié)合更有利于光纖的排布。

實(shí)施例7，一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置。

如圖7所示，本實(shí)施例中的裝置包括第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、第三磁光晶體3、第一偏振分束器18、第二偏振分束器19、第一沃拉斯頓棱鏡23、第二沃拉斯頓棱鏡24、第三沃拉斯頓棱鏡25、第一直角反射鏡27、第二直角反射鏡28、第一光探測(cè)器12、第二光探測(cè)器13、第三光探測(cè)器14、第四光探測(cè)器15、第五光探測(cè)器16、第六光探測(cè)器17、信號(hào)處理電路、光源以及實(shí)現(xiàn)這些器件連接的光路傳輸器件(例如光纖等)。三個(gè)沃拉斯頓棱鏡的后端均帶有雙光纖準(zhǔn)直器。

結(jié)合圖8，本實(shí)施例中第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、第三磁光晶體3、第一偏振分束器18、第二偏振分束器19、第一沃拉斯頓棱鏡23、第二沃拉斯頓棱鏡24、第三沃拉斯頓棱鏡25、第一直角反射鏡27和第二直角反射鏡28，這十個(gè)光學(xué)零件膠合在一起形成一個(gè)光學(xué)器件集成單元。第一偏振分束器18的透射光輸出面與第二偏振分束器19膠合在一起(第一偏振分束器18的透射光方向與第二偏振分束器19的光軸方向盡量接近45°)，第二偏振分束器19的透射光輸出面與第二磁光晶體2的入射通光面相膠合，第二磁光晶體2的出射通光面與第二沃拉斯頓棱鏡24相膠合；第二偏振分束器19的反射光輸出面與第三磁光晶體3的入射通光面相膠合，第二磁光晶體2與第三磁光晶體3通過(guò)第二偏振分束器19實(shí)現(xiàn)垂直相接。第三磁光晶體3的出射通光面與第二直角反射鏡28的入射通光面相膠合，第二直角反射鏡28的出射通光面與第三沃拉斯頓棱鏡25相膠合。第一偏振分束器18的反射光輸出面與第一磁光晶體1的入射通光面相膠合，第一磁光晶體1的出射通光面與第一直角反射鏡27的入射通光面相膠合，第一直角反射鏡27的出射通光面與第一沃拉斯頓棱鏡23相膠合。本實(shí)施例中第一磁光晶體1、第二磁光晶體2和第三磁光晶體3三者內(nèi)通光方向兩兩之間均呈90°夾角。本實(shí)施例通過(guò)這種集成，能夠小型化磁場(chǎng)檢測(cè)傳感頭；同時(shí)還可以避免在安裝過(guò)程中，因?yàn)榈谝淮殴饩w1、第二磁光晶體2和第三磁光晶體3之間安裝位置的誤差而造成的測(cè)量誤差。

本實(shí)施例中連接在第一磁光晶體1上的第一直角反射鏡27以及連接在第三磁光晶體3上的第二直角反射鏡28，兩者的主要作用是為了使得來(lái)自第一磁光晶體1的測(cè)量光和來(lái)自第三磁光晶體3的測(cè)量光與第二磁光晶體2的出射光方向一致，以便于光纖和光學(xué)器件集成單元的連接。當(dāng)然，其他實(shí)施例中不設(shè)置第一直角反射鏡27和第二直角反射鏡28，或者只設(shè)置其中一個(gè)直角反射鏡也是可行的。

光學(xué)器件集成單元放置在待測(cè)磁場(chǎng)中，光源設(shè)置在光學(xué)器件集成單元的前方，光源與光學(xué)器件集成單元之間、光學(xué)器件集成單元和光探測(cè)器之間仍可由光纖來(lái)連接。

光源用于產(chǎn)生一束測(cè)量光。光源所產(chǎn)生的一束測(cè)量光經(jīng)光纖傳輸至第一偏振分束器18，由第一偏振分束器18產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第一透射線偏振光和第一反射線偏振光；第一透射線偏振光再經(jīng)過(guò)第二偏振分束器19后分為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第二透射線偏振光和第二反射線偏振光，第二透射線偏振光入射第二磁光晶體2，第二反射線偏振光入射第三磁光晶體3。由第一偏振分束器18產(chǎn)生的第一反射線偏振光入射第一磁光晶體1。第一反射線偏振光、第二透射線偏振光和第二反射線偏振光在三個(gè)磁光晶體內(nèi)傳輸，經(jīng)三個(gè)磁光晶體出射后的線偏振光的偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。由第一磁光晶體1出射的光經(jīng)第一直角反射鏡27反射后入射第一沃拉斯頓棱鏡23，這樣，入射第一沃拉斯頓棱鏡23的光與第二磁光晶體2內(nèi)的通光方向平行；第一沃拉斯頓棱鏡23將接收到的線偏振光分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光；分束后的兩束線偏振光分別通過(guò)光纖輸入至第一光探測(cè)器12和第二光探測(cè)器13，第一光探測(cè)器12和第二光探測(cè)器13在接收到來(lái)自第一沃拉斯頓棱鏡23的線偏振光后，分別產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)(第一光探測(cè)器12產(chǎn)生第一電信號(hào)，第二光探測(cè)器13產(chǎn)生第二電信號(hào))。由第二磁光晶體2出射的光直接入射第二沃拉斯頓棱鏡24，第二沃拉斯頓棱鏡24接收來(lái)自第二磁光晶體2的出射光，并將接收到的線偏振光分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光；分束后的兩束線偏振光分別通過(guò)光纖輸入至第三光探測(cè)器14和第四光探測(cè)器15，第三光探測(cè)器14和第四光探測(cè)器15在接收到來(lái)自第二沃拉斯頓棱鏡24的線偏振光后，分別產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)(第三光探測(cè)器14產(chǎn)生第三電信號(hào)，第四光探測(cè)器15產(chǎn)生第四電信號(hào))。由第三磁光晶體3出射的光經(jīng)第二直角反射鏡28反射后入射第三沃拉斯頓棱鏡25，這樣，入射第三沃拉斯頓棱鏡25的光與第二磁光晶體2內(nèi)的通光方向平行；第三沃拉斯頓棱鏡25將一束線偏振光分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光；分束后的兩束線偏振光分別通過(guò)光纖輸入至第五光探測(cè)器16和第六光探測(cè)器17，第五光探測(cè)器16和第六光探測(cè)器17在接收到來(lái)自第三沃拉斯頓棱鏡25的線偏振光后，分別產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)(第五光探測(cè)器16產(chǎn)生第五電信號(hào)，第六光探測(cè)器17產(chǎn)生第六電信號(hào))。

信號(hào)處理電路分別與第一光探測(cè)器12、第二光探測(cè)器13、第三光探測(cè)器14、第四光探測(cè)器15、第五光探測(cè)器16和第六光探測(cè)器17相接，用于接收第一電信號(hào)、第二電信號(hào)、第三電信號(hào)、第四電信號(hào)、第五電信號(hào)和第六電信號(hào)。信號(hào)處理電路在接收到六種電信號(hào)時(shí)，根據(jù)第一電信號(hào)和第二電信號(hào)計(jì)算出第一反射線偏振光經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)第三電信號(hào)和第四電信號(hào)計(jì)算出第二透射線偏振光經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)第五電信號(hào)和第六電信號(hào)計(jì)算出第二反射線偏振光經(jīng)第三磁光晶體3后偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第三偏轉(zhuǎn)角，再根據(jù)第一偏轉(zhuǎn)角、第二偏轉(zhuǎn)角和第三偏轉(zhuǎn)角計(jì)算磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

實(shí)施例8，一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置。

如圖9所示，本實(shí)施例中的裝置包括第一磁光晶體1、第二磁光晶體2、第三磁光晶體3、第一分束器4、第二分束器5、第一偏振分束器18、第二偏振分束器19、第三偏振分束器20、第一光環(huán)形器29、第二光環(huán)形器30、第三光環(huán)行器31、第一反射鏡32、第二反射鏡33、第三反射鏡34、第一光探測(cè)器12、第二光探測(cè)器13、第三光探測(cè)器14、第四光探測(cè)器15、第五光探測(cè)器16、第六光探測(cè)器17、信號(hào)處理電路、光源以及實(shí)現(xiàn)這些器件連接的光路傳輸器件(例如光纖等)。

本實(shí)施例中第一磁光晶體1、第二磁光晶體2和第三磁光晶體3的設(shè)置方式可參見(jiàn)實(shí)施例2中描述。

光源置于三個(gè)磁光晶體前方，光源用于產(chǎn)生一束測(cè)量光。第一分束器4位于光源后方，第一分束器4用于接收光源產(chǎn)生的一束測(cè)量光并分束為兩束測(cè)量光，分別為透射過(guò)去的第一透射測(cè)量光和反射過(guò)去的第一反射測(cè)量光，第一反射測(cè)量光經(jīng)第二分束器5后再分為兩束測(cè)量光，分別為第二透射測(cè)量光和第二反射測(cè)量光。第一光環(huán)形器29、第二光環(huán)形器30和第三光環(huán)行器31位于第一分束器4和第二分束器5后方，每一個(gè)光環(huán)形器均有三個(gè)端口(分別為左端口、右端口和下端口)。

第一透射測(cè)量光由第一光環(huán)形器29的左端口入射第一光環(huán)形器29，并由第一光環(huán)形器29的右端口輸出，將第一光環(huán)形器29右端口輸出的光稱為第一光環(huán)形器測(cè)量光。第一偏振分束器18位于第一光環(huán)形器29和第一磁光晶體1之間。第一偏振分束器18接收來(lái)自第一光環(huán)形器29的第一光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第一透射線偏振光和第一反射線偏振光；此處所產(chǎn)生的第一反射線偏振光(沿圖9中第一偏振分束器18向上傳輸)在本實(shí)施例裝置中沒(méi)有用到，故不再提及。第一透射線偏振光入射第一磁光晶體1，第一透射線偏振光在第一磁光晶體1內(nèi)傳輸時(shí)偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：經(jīng)第一磁光晶體1出射的線偏振光的偏振方向與第一透射線偏振光的偏振方向相比，兩者之間相差一個(gè)第一偏轉(zhuǎn)角；將第一透射線偏振光經(jīng)第一磁光晶體1傳輸后由第一磁光晶體1輸出的線偏振光稱為第一偏轉(zhuǎn)光。第一反射鏡32位于第一磁光晶體1的后方，第一磁光晶體1出射的第一偏轉(zhuǎn)光經(jīng)第一反射鏡32反射后，由第一反射鏡32反射后的光稱為第一反射光，第一反射光即是第一偏轉(zhuǎn)光反射后的光。第一反射光入射第一磁光晶體1，第一反射光經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向再次發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角仍然是第一偏轉(zhuǎn)角，將第一反射光經(jīng)第一磁光晶體1后由第一磁光晶體1出射的光稱為第一返回偏轉(zhuǎn)光。第一返回偏轉(zhuǎn)光再次經(jīng)第一偏振分束器18，由第一偏振分束器18分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第一返回透射線偏振光和第一返回反射線偏振光，第一返回反射線偏振光由第一光探測(cè)器12來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第一電信號(hào)；第一返回透射線偏振光經(jīng)第一光環(huán)形器29的右端口后由第一光環(huán)形器29的下端口輸出，輸出的光稱為第一返回光環(huán)形器測(cè)量光，該第一返回光環(huán)形器測(cè)量光由第二光探測(cè)器13來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第二電信號(hào)。

第二透射測(cè)量光由第二光環(huán)形器30的左端口入射第二光環(huán)形器30，并由第二光環(huán)形器30的右端口輸出，將第二光環(huán)形器30右端口輸出的光稱為第二光環(huán)形器測(cè)量光。第二偏振分束器19位于第二光環(huán)形器30和第二磁光晶體2之間。第二偏振分束器19接收來(lái)自第二光環(huán)形器30的第二光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第二透射線偏振光和第二反射線偏振光；此處所產(chǎn)生的第二反射線偏振光(沿圖9中第二偏振分束器19向上傳輸)在本實(shí)施例裝置中沒(méi)有用到，故不再提及。第二透射線偏振光入射第二磁光晶體2，第二透射線偏振光在第二磁光晶體2內(nèi)傳輸時(shí)偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：經(jīng)第二磁光晶體2出射的線偏振光的偏振方向與第二透射線偏振光的偏振方向相比，兩者之間相差一個(gè)第二偏轉(zhuǎn)角；將第二透射線偏振光經(jīng)第二磁光晶體2傳輸后由第二磁光晶體2輸出的線偏振光稱為第二偏轉(zhuǎn)光。第二反射鏡33位于第二磁光晶體2的后方，第二磁光晶體2出射的第二偏轉(zhuǎn)光經(jīng)第二反射鏡33后被反射，由第二反射鏡33反射后的光稱為第二反射光，第二反射光即是第二偏轉(zhuǎn)光反射后的光。第二反射光入射第二磁光晶體2，第二反射光經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向再次發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角仍然是第二偏轉(zhuǎn)角，將第二反射光經(jīng)第二磁光晶體2后由第二磁光晶體2出射的光稱為第二返回偏轉(zhuǎn)光。第二返回偏轉(zhuǎn)光再次經(jīng)第二偏振分束器19，由第二偏振分束器19分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第二返回透射線偏振光和第二返回反射線偏振光，第二返回反射線偏振光由第三光探測(cè)器14來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第三電信號(hào)；第二返回透射線偏振光經(jīng)第二光環(huán)形器30的右端口后由第二光環(huán)形器30的下端口輸出，輸出的光稱為第二返回光環(huán)形器測(cè)量光，該第二返回光環(huán)形器測(cè)量光由第四光探測(cè)器15來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第四電信號(hào)。

第二反射測(cè)量光由第三光環(huán)形器31的左端口入射第三光環(huán)形器31，并由第三光環(huán)形器31的右端口輸出，將第三光環(huán)形器31右端口輸出的光稱為第三光環(huán)形器測(cè)量光。第三偏振分束器20位于第三光環(huán)形器31和第三磁光晶體3之間。第三偏振分束器20接收來(lái)自第三光環(huán)形器31的第三光環(huán)形器測(cè)量光，并產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第三透射線偏振光和第三反射線偏振光；此處所產(chǎn)生的第三反射線偏振光(沿圖9中第三偏振分束器20向上傳輸)在本實(shí)施例裝置中沒(méi)有用到，故不再提及。第三透射線偏振光入射第三磁光晶體3，第三透射線偏振光在第三磁光晶體3內(nèi)傳輸時(shí)偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即：經(jīng)第三磁光晶體3出射的線偏振光的偏振方向與第三透射線偏振光的偏振方向相比，兩者之間相差一個(gè)第三偏轉(zhuǎn)角；將第三透射線偏振光經(jīng)第三磁光晶體3傳輸后由第三磁光晶體3輸出的線偏振光稱為第三偏轉(zhuǎn)光。第三反射鏡34位于第三磁光晶體3的后方，第三磁光晶體3出射的第三偏轉(zhuǎn)光經(jīng)第三反射鏡34后被反射，由第三反射鏡34反射后的光稱為第三反射光，第三反射光即是第三偏轉(zhuǎn)光反射后的光。第三反射光入射第三磁光晶體3，第三反射光經(jīng)第三磁光晶體3后偏振方向再次發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角仍然是第三偏轉(zhuǎn)角，第三反射光經(jīng)第三磁光晶體3后由第三磁光晶體3出射的光稱為第三返回偏轉(zhuǎn)光。第三返回偏轉(zhuǎn)光再次經(jīng)第三偏振分束器20，由第三偏振分束器20分束為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，分別為第三返回透射線偏振光和第三返回反射線偏振光，第三返回反射線偏振光由第五光探測(cè)器16來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第五電信號(hào)；第三返回透射線偏振光經(jīng)第三光環(huán)形器31的右端口后由第三光環(huán)形器31的下端口輸出，輸出的光稱為第三返回光環(huán)形器測(cè)量光，該第三返回光環(huán)形器測(cè)量光由第六光探測(cè)器17來(lái)接收，并產(chǎn)生一個(gè)第六電信號(hào)。

信號(hào)處理電路分別與第一光探測(cè)器12、第二光探測(cè)器13、第三光探測(cè)器14、第四光探測(cè)器15、第五光探測(cè)器16和第六光探測(cè)器17相接，信號(hào)處理電路接收來(lái)自六個(gè)光探測(cè)器的電信號(hào)，并根據(jù)第一電信號(hào)和第二電信號(hào)計(jì)算出第一透射線偏振光兩次經(jīng)第一磁光晶體1后偏振方向所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角，該偏轉(zhuǎn)角為第一偏轉(zhuǎn)角的二倍；根據(jù)第三電信號(hào)和第四電信號(hào)計(jì)算出第二透射線偏振光兩次經(jīng)第二磁光晶體2后偏振方向所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角，該偏轉(zhuǎn)角為第二偏轉(zhuǎn)角的二倍；根據(jù)第五電信號(hào)和第六電信號(hào)計(jì)算出第三透射線偏振光兩次經(jīng)第三磁光晶體3后偏振方向所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)角，該偏轉(zhuǎn)角為第三偏轉(zhuǎn)角的二倍；再根據(jù)第一偏轉(zhuǎn)角、第二偏轉(zhuǎn)角和第三偏轉(zhuǎn)角計(jì)算磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

本實(shí)施例中使線偏振光兩次通過(guò)磁光晶體，使得偏振方向偏轉(zhuǎn)的角度增長(zhǎng)一倍，這樣可以提高測(cè)量的靈敏度。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。