[发明专利]原子激发态反常色散原子滤光器及过滤信号光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，特别涉及一种利用原子在磁场中产生的反常色散现象进行原子滤光的原子滤光器及使用该滤光器过滤信号光的方法。

技术背景

在空间光通信，水下光通信，激光雷达遥感过程中，光信号容易受日光星光等杂散光的干扰，滤光器的作用就是屏蔽信号光频率以外的其他频率的干扰光，其性能的优劣直接影响着通信的质量。原子滤光器相比于传统的干涉滤光片以及双折射晶体滤光器来说具有更窄的带宽，更好的边带抑制比，更大的接入角度，更大的透过率，并且工作频率在一定范围内可调谐，在光通信领域有着很大的发展优势。原子滤光器可以分为两大类，一类是吸收型原子滤光器，另一类是色散型原子滤光器。前者的原理是，利用原子对特定波长的光才有明显的吸收效应，并且由于自发辐射跃迁，发射出另外一种频率的光，从而将这种特定波长的光选择出来，其他频率的光全部被屏蔽，其优点就是带宽窄，接近180°优秀的接收角，但是其缺点在于，吸收和再发射的过程大大降低了滤光器的响应速度，并且由于再发射出来的是荧光，使得透过率不会很大。色散型滤光器则避免了这一点，其利用原子对线偏振光的色散效应，对处在原子共振的谱线附近的频率光产生较强的旋光作用，以达到滤光的作用，响应速度很快，而且出射的是激光，透射率可以做的很大。利用原子法拉第反常色散效应滤光器(FADOF)是它的一个典型代表。

FADOF又可以分为被动式和主动式两种类型。被动式FADOF的经典构造和原理是这样的，在光行进的方向上依次放置两片偏振方向相互正交起偏器件，在它们之间放置原子汽室，并且加上轴向磁场。原子在磁场中发生塞曼分裂，导致基态原子对左右旋光的吸收谱线以及色散谱线的分裂，这将导致原子的圆双色性和圆双折射性，只有频率处在未加磁场的共振吸收线的边带上的特定频率的线偏振光经过入射原子汽室后才会发生偏振面的旋转，有些频率的偏振光能够旋转90°全部透射出去。共振法拉第效应的带宽很窄，主要由多普勒增宽线宽决定。主动式FADOF的思想就是将工作的原子由基态转移到激发态，其经典构造和被动式FADOF的区别就是用一束特定频率的泵浦激光打入这个原子汽室，将基态原子泵浦到激发态，其他的构造几乎一样，原理也大致相当，这种主动式FADOF的好处就是，激发态能级之间的跃迁频率要比基态的跃迁频率丰富很多，各种光通信的首选波段几乎全部可以在激发态能级之间找到，比如说适于水下光通信的0.47-0.58um蓝绿光波段，钾原子4P1/2-8S1/2，532nm跃迁，铷原子5P3/2-8D5/2，543nm跃迁等都可以与之对应。所以主动式FADOF又称为激发态原子滤光器(ESFADOF)。

到目前为止，国际上所有的激发态原子滤光器ESFADOF系统中，泵浦激光都是必不可少的组成部分。用于泵浦的激光要求激光的频率要和ESFADOF的工作原子跃迁谱线共振，一旦所选择的激发态的共振频率不属于常规波段，那么挑选激光的工作物质以及激光器的调谐将是一件复杂而且昂贵的工作，比如说对于光纤光通信来说，若想使用铷原子5P3/2-4D3/2、4D5/2，1529nm的跃迁，这种半导体激光管就不容易找到，只能用镀了抗反射膜的昂贵的激光管调谐过来。另外，激光频率的稳定度对泵浦的效果影响也很大，所以通常一套稳频系统是不可缺少的。所以这样的泵浦系统会使滤光器的成本大大增加，甚至超过滤光器本身。

发明内容

本发明为了减少激发态法拉第反常色散滤光器ESFADOF的结构和成本，提出一种新型的滤光器结构，采用无极灯，利用无极灯的射频线圈将无极灯内的原子激发到激发态，实现了省去传统系统结构中昂贵的泵浦激光的目的。大大降低了滤光器的成本、体积和复杂度。

为了实现上述目的，本发明提供的新型滤光器结构叙述如下。

滤光器包括第一起偏器件、第二起偏器件、至少一个无极灯和加热元件，无极灯位于第一起偏器件和第二起偏器件的中间，第一起偏器件和第二起偏器件的起偏方向达到对没有旋光效应的光的最大消光作用，无极灯中形成一静磁场，无极灯靠近起偏器件的两端可透光，加热元件固定在无极灯上，用于加热无极灯。

所述无极灯为一玻璃泡，玻璃泡中充有工作原子物质和缓冲气体，玻璃泡外绕有射频耦合线圈。

所述射频耦合线圈与玻璃泡不接触。

采用将无极灯置于两磁铁中间的方式在无极灯中形成一静磁场。调整磁铁的位置即可调整静磁场的大小和方向。

采用给无极灯的射频耦合线圈提供直流电流的方法在无极灯中形成一静磁场。

所述滤光器还包括一控温装置，与加热元件连接控制加热温度。