[发明专利]一种阴极灯法拉第反常色散原子滤光器及其制备方法

说明书

本发明公布了一种阴极灯法拉第反常色散原子滤光器，包括空心阴极灯、驱动电流源、永磁体或电磁线圈、起偏器和检偏器；空心阴极灯连接驱动电流源；永磁体或电磁线圈分别放置在空心阴极灯的前后端，与空心阴极灯之间设置有间距；空心阴极灯的后端放置检偏器，空心阴极灯的前端放置起偏器；检偏器的偏振方向与起偏器的偏振方向垂直；永磁体或电磁线圈产生的磁场对入射光信号产生旋光效应，实现信号光的偏振旋转，从而实现对光信号的提取及噪声信号的隔离。本发明简单易行、价格低廉，且性能高、工作稳定；增多了可利用的原子种类，获得的原子滤光器对激光稳频、生物医学检测等领域有重要意义。

技术领域

本发明涉及原子滤光技术、激光技术和光电子技术，特别涉及一种利用空心阴极灯制备的法拉第反常色散原子滤光器及其制备方法。

背景技术

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。

相比于传统的干涉滤光片以及双折射晶体滤光器来说，原子滤光器具有大视场角、更窄线宽、特定选频、体积小、结构紧凑、可长期稳定等优点，在大气激光通信、空间通信、激光光谱、激光技术、量子信息、计量、生物、医学、基础实验等方面得到广泛应用。

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，透射率可以做得很大。利用原子法拉第反常色散效应的滤光器(以下用FADOF代替)是它的一个典型代表。

目前国际上报道的FADOF，多是利用填充在玻璃气泡内的气态原子作为旋光介质，最近也有报道利用真空原子束作为旋光介质。玻璃气泡的工作温度较低，所填充的原子要求熔点低、在常温下就有比较大的饱和蒸气压，同时玻璃泡通常不能加热到200摄氏度以上的高温，这就限制了所能填充的原子种类并限制了FADOF的种类，对于金属只能限制于低熔点的碱金属，通常玻璃泡填充的为钾、铷、铯等碱金属原子。另一方面，利用真空原子束作为旋光介质的FADOF，虽然可以利用钙、锶原子等高熔点碱土金属原子，但在真空条件下，原子数密度小、信号弱、设备体积大、笨重、控制与使用都不方便，难以应用。

一般的空心阴极灯结构简单、使用方便，原来仅仅用于荧光光谱的标定，由于一般的空心阴极灯结构不适合激光穿过，对激光的直接光响应几乎没有，目前已有的相关文献和专利都未见将空心阴极灯用于制作原子滤光器。

总之，现有的利用玻璃泡填充原子的FADOF，可用原子种类少，无法利用铁等高熔点原子；现有的利用原子束实现的FADOF，信号弱、设备复杂难以应用。而由于空心阴极灯结构，可以将多种高熔点元素，例如：钙、锶、钡、镱、铒、钕、银、铟、镉、铝、镁和铁中的一种或多种，直接用于FADOF，对激光的直接光响应几乎没有，目前未见有将空心阴极灯用于制作原子滤光器的技术方案。

发明内容

为了克服上述现有法拉第反常色散原子滤光器(FADOF)技术的不足，本发明提供一种利用空心阴极灯制备的法拉第反常色散原子滤光器及其制备方法，利用空心阴极灯，可将近60种高熔点的元素及其谱线，开发应用于法拉第反常色散原子滤光器。通过光与原子在磁场中产生的法拉第反常色散现象进行原子滤光来制作原子滤光器。本发明利用空心阴极灯制备的法拉第反常色散原子滤光器，极大地拓展了可利用的高熔点元素及其相关的许多谱线，具有提取的光信号强度可控、光谱中心频率可调节、光谱带宽可控的特性。