一种高度集成化的新型法拉第反常色散原子滤光器结构的制作方法
【专利摘要】本发明属于原子滤光【技术领域】，具体涉及一种高度集成化的新型法拉第反常色散原子滤光器结构。所述滤光器为双层式结构，其上层包含电源模块、液晶显示屏以及电路模块，其下层为滤光器结构的主体部分，包含：温控模块、磁控模块；相对于现有的滤光器专利技术，本发明具有以下特色和优点：高度集成性：本发明将温控模块、磁控模块、电源模块、显示模块等集成到一起；可调谐性：利用温控和磁控模块对气泡谱线进行调谐；便捷性以及较高的商业价值。
【专利说明】一种高度集成化的新型法拉第反常色散原子滤光器结构
【技术领域】
[0001]本发明属于原子滤光【技术领域】，具体涉及一种高度集成化的新型法拉第反常色散原子滤光器结构。
【背景技术】
[0002]传统的滤光器如干涉滤光片，其通带宽度较宽，为IOnm量级。而利用双折射效应做成的晶体滤光器，滤光带宽与晶体厚度成反比，增加晶体厚度会缩小接收立体角并增加通带内损耗，窄带宽和高透射率的要求难以同时得到满足。又比如利用原子的超窄带共振特性研制滤光器件，ARF (atom resonance filter,原子共振滤光器)，具有响应速度慢和不能成像的缺点。而法拉第反常色散滤光器能从较强宽带背景光中提取出微弱窄带光信号，具有窄带宽、高透射率、大视场角、较快的时间响应度和较高的带外噪声抑制比等优点，可运用于自由空间光通信，水下光通信，深空光通信，遥感，激光雷达等领域。
[0003]然而，以往的法拉第反常色散原子滤光器往往存在这样的问题:电源与滤光器分离，使用时需要额外的电源供电；不自带温度和磁场显示设备，需要单独使用温度计和高斯计进行测量；磁场大小无法调节，因而滤光器不具备调谐性能；滤光器气室的加热方式采用加热带进行固定缠绕，使得更换气室变得繁琐。针对以上问题，目前迫切需要研发新型的滤光器结构。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]本发明要解决的技术问题是:如何提供一种高度集成化的新型法拉第反常色散原子滤光器结构，以克服现有技术中存在的诸多问题。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种高度集成化的新型法拉第反常色散原子滤光器结构，所述滤光器为双层式结构，其上层包含电源模块11、液晶显示屏12以及电路模块13,其下层为滤光器结构的主体部分,包含:第一永磁铁1、第二永磁铁2、第一偏振片3、第二偏振片4、碱金属原子蒸汽泡5、加热装置6、散热窗口 7及8、感温器9、屏蔽罩10、第一步进电机14、第二步进电机15、第一通光孔16、第二通光孔17、气泡夹持模块18、高斯计探头19 ;其中，
[0008]所述第一永磁铁I及第二永磁铁2为中心带孔的圆柱体永磁体，所述第一永磁铁I及第二永磁铁2分别通过金属圆柱竖直固定在滤光器底座上的可滑动部件上，所述第一永磁铁I及第二永磁铁2的直径均设置为大于碱金属原子蒸汽泡5的直径；所述第一永磁铁I的中心孔部分设置为可以透光，且中心孔设置为与滤光器一端的第一通光孔16 ;所述第二永磁铁2的中心孔部分设置为可以透光，且中心孔设置为与滤光器另一端的第二通光孔17重合；所述第一永磁铁I及第二永磁铁2在放置过程中，保持互相平行，且处于相同高度，用于在轴向提供一平行磁场；所述第一永磁铁I及第二永磁铁2均通过螺纹、螺孔来与各自对应的金属圆柱进行可拆卸地连接固定；
[0009]所述第一偏振片3、第二偏振片4分别放置在滤光器的两端，其大小相同，放置高度相同，所述第一偏振片3设置于第一永磁铁I的光路入射方向上，所述第二偏振片4设置于第二永磁铁2的光路出射方向上；所述第一偏振片3、第二偏振片4竖直放置,相互保持平行；
[0010]所述碱金属原子蒸汽泡5采用石英材料制作，通过气泡夹持模块18固定在滤光器中心，置于第一永磁铁1、第二永磁铁2之间，碱金属原子蒸汽泡5两端面分别与所在侧的第一永磁铁I或第二永磁铁2的距离设置为相同；所述碱金属原子蒸汽泡5水平放置，其中心轴线与第一永磁铁I及第二永磁铁2的中心轴线相重合；
[0011]所述加热装置6，其为加热带，与电路模块13相连，在其中心部位处设置有散热窗口 7及8 ;该加热带设置于所述气泡夹持模块18与碱金属原子蒸汽泡5相接触的夹持面上；加热时，通过所述气泡夹持模块18固定碱金属原子蒸汽泡5，电路模块13驱动气泡夹持模块18夹持面上加热带来对碱金属原子蒸汽泡5加热；所述加热装置6上的散热窗口 7及8用于使多余热量从气泡中心处散出，防止在碱金属原子气泡5两平行端面出现凝结，从而影响系统透过率；
[0012]所述气泡夹持模块18，其包括两根相同的支臂，分为第一支臂及第二支臂，所述两根支臂上相同的位置处均设有通孔，通孔所处的位置位于支臂的三分之一至四分之一处之间，以所述两根支臂各自的通孔作为连接点，通过螺栓连接的方式，所述两根支臂交叉连接，形成一“剪刀状”的结构，且所述两根支臂可绕连接点相互转动；由此，将由连接点划分的支臂的较长的一端定义为操作人员手持端，将由连接点划分的支臂的较短的一端定义为汽泡夹持端，所述两根支臂的汽泡夹持端另通过弹簧连接，且汽泡夹持端上形成与碱金属原子气泡5相接触的夹持面，夹持面上设置加热带，由此通过弹簧的预紧力及操作人员的夹持力来固定碱金属原子气泡5，并通过加热带加热汽泡；
[0013]所述感温器9为一微型热敏电阻，其与电路模块13相连，并设置为紧贴碱金属原子蒸汽泡5的汽泡壁，其由电路模块13进行供电驱动，用于检测汽泡温度；
[0014]所述屏蔽罩10为铜皮结构，紧贴在原子滤光器外壁，使用螺丝进行固定；其用于屏蔽外界环境对滤光器的磁干扰，同时也屏蔽滤光器磁场对外界的干扰；
[0015]所述电源模块11，居于原子滤光器上层左侧位置，为大容量可充电的锂电池，其通过电线与电路模块13连接，用以给整个滤光器系统供电；
[0016]所述液晶显示控制屏12，居于原子滤光器上层中心位置，其通过线路与电路模块13连接，用以实时显示磁场、温度大小，以及系统剩余电量，同时可设置调节磁场及温度大小;
[0017]所述电路模块13，居于原子滤光器上层右侧位置，通过电线与电源模块11、液晶显控屏12、加热装置6、感温器9、第一步进电机14、第二步进电机15、高斯计探头19相连，用以调节温度和磁场；
[0018]所述第一步进电机14、第二步进电机15，固定在原子滤光器底部两端，分别通过齿轮控制其所在端的永磁铁的移动；所述第一步进电机14、第二步进电机15由电路模块13进行驱动，用于调节两永磁体之间的距离，进而改变磁场大小；
[0019]所述高斯计探头19放置在汽泡外壁，用以探测气室磁场大小。[0020](三)有益效果
[0021]相对于现有的滤光器专利技术，本发明具有以下特色和优点:
[0022]1.高度集成性:本发明将温控模块、磁控模块、电源模块、显示模块等集成到一起;
[0023]2.可调谐性:利用温控和磁控模块对气泡谱线进行调谐；
[0024]3.便捷性:特有的气泡夹持与加热部件，免除了更换气泡及缠绕加热带的繁琐程序。使用内置可充电电源进行供电，不用外加电源，简化了滤光器使用准备程序；
[0025]4.具有较高商业化价值:本发明具有高度集成性以及便捷性，可进行成品化生产，用于提高通信系统信噪比，或供给实验室科研使用，或用于原子与光相互作用的教学实验演示等。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明技术方案的原子滤光器整体结构示意图。
[0027]图2为本发明气泡夹持模块的结构示意图。
[0028]图3为本发明加热装置的结构示意图。
[0029]图4为本发明滤光器的电路系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0031]为解决现有技术的问题，本发明提供一种高度集成化的新型法拉第反常色散原子滤光器结构，其具体构成如图1所示，为双层式结构，其上层包含电源模块11、液晶显示屏12以及电路模块13,其下层为滤光器结构的主体部分,包含:第一永磁铁1、第二永磁铁2、第一偏振片3、第二偏振片4、碱金属原子蒸汽泡5、加热装置6、散热窗口 7及8、感温器9、屏蔽罩10、第一步进电机14、第二步进电机15、第一通光孔16、第二通光孔17、气泡夹持模块18、高斯计探头19 ;下面将结合示意图对各部分进行较为详细的叙述:其中，
[0032]所述第一永磁铁I及第二永磁铁2为中心带孔的圆柱体永磁体，所述第一永磁铁I及第二永磁铁2分别通过金属圆柱竖直固定在滤光器底座上的可滑动部件上，所述第一永磁铁I及第二永磁铁2的直径均设置为大于碱金属原子蒸汽泡5的直径；所述第一永磁铁I的中心孔部分设置为可以透光，且中心孔设置为与滤光器一端的第一通光孔16 ;所述第二永磁铁2的中心孔部分设置为可以透光，且中心孔设置为与滤光器另一端的第二通光孔17重合；所述第一永磁铁I及第二永磁铁2在放置过程中，保持互相平行，且处于相同高度，用于在轴向提供一平行磁场；所述第一永磁铁I及第二永磁铁2均通过螺纹、螺孔来与各自对应的金属圆柱进行可拆卸地连接固定，可更换不同磁力强度的永磁铁块；
[0033]所述第一偏振片3、第二偏振片4分别放置在滤光器的两端，其大小相同，放置高度相同，所述第一偏振片3设置于第一永磁铁I的光路入射方向上，所述第二偏振片4设置于第二永磁铁2的光路出射方向上；所述第一偏振片3、第二偏振片4竖直放置,相互保持平行；
[0034]所述碱金属原子蒸汽泡5采用石英材料制作，通过气泡夹持模块18固定在滤光器中心，置于第一永磁铁1、第二永磁铁2之间，碱金属原子蒸汽泡5两端面分别与所在侧的第一永磁铁I或第二永磁铁2的距离设置为相同；所述碱金属原子蒸汽泡5水平放置，其中心轴线与第一永磁铁I及第二永磁铁2的中心轴线相重合；
[0035]所述加热装置6，如图3所示，其为加热带，与电路模块13相连，在其中心部位处设置有散热窗口 7及8 ;该加热带设置于所述气泡夹持模块18与碱金属原子蒸汽泡5相接触的夹持面上；加热时，通过所述气泡夹持模块18固定碱金属原子蒸汽泡5，如图2所示，电路模块13驱动气泡夹持模块18夹持面上加热带来对碱金属原子蒸汽泡5加热；所述加热装置6上的散热窗口 7及8用于使多余热量从气泡中心处散出，防止在碱金属原子气泡5两平行端面出现凝结，从而影响系统透过率；在加热装置6加热带外部还设置有隔热带20 ；
[0036]所述气泡夹持模块18，如图2所示，其包括两根相同的支臂，分为第一支臂及第二支臂，所述两根支臂上相同的位置处均设有通孔，通孔所处的位置位于支臂的三分之一至四分之一处之间，具体位置可由所要夹持的碱金属原子气泡5的尺寸决定，以所述两根支臂各自的通孔作为连接点，通过螺栓连接的方式，所述两根支臂交叉连接，形成一 “剪刀状”的结构，且所述两根支臂可绕连接点相互转动；由此，将由连接点划分的支臂的较长的一端定义为操作人员手持端，将由连接点划分的支臂的较短的一端定义为汽泡夹持端，所述两根支臂的汽泡夹持端另通过弹簧连接，且汽泡夹持端上形成与碱金属原子气泡5相接触的夹持面，夹持面上设置加热带，由此通过弹簧的预紧力及操作人员的夹持力来固定碱金属原子气泡5，并通过加热带加热汽泡，这不同于以往的加热带缠绕的方式，方便快捷；
[0037]所述感温器9为一微型热敏电阻，其与电路模块13相连，并设置为紧贴碱金属原子蒸汽泡5的汽泡壁，其由电路模块13进行供电驱动，用于检测汽泡温度；
[0038]所述屏蔽罩10为一毫米厚的铜皮结构，紧贴在原子滤光器外壁，使用螺丝进行固定；其用于屏蔽外界环境对滤光器的磁干扰，同时也屏蔽滤光器磁场对外界的干扰；
[0039]所述电源模块11，居于原子滤光器上层左侧位置，为大容量可充电的锂电池，其通过电线与电路模块13连接，用以给整个滤光器系统供电；
[0040]所述液晶显示控制屏12，居于原子滤光器上层中心位置，其通过线路与电路模块13连接，用以实时显示磁场、温度大小，以及系统剩余电量，同时可设置调节磁场及温度大小;
[0041]所述电路模块13，居于原子滤光器上层右侧位置，通过电线与电源模块11、液晶显控屏12、加热装置6、感温器9、第一步进电机14、第二步进电机15、高斯计探头19等相连，为本发明伺服系统核心，用以调节温度和磁场；
[0042]所述第一步进电机14、第二步进电机15,两者为同一型号，固定在原子滤光器底部两端，分别通过齿轮控制其所在端的永磁铁的移动；所述第一步进电机14、第二步进电机15由电路模块13进行驱动，用于调节两永磁体之间的距离，进而改变磁场大小；
[0043]所述高斯计探头19放置在汽泡外壁，用以探测气室磁场大小。
[0044]所述第一永磁铁1、第二永磁铁2、第一偏振片3、第二偏振片4、碱金属原子蒸汽泡
5、电路模块13为本发明的主体部分，滤光器的主要工作流程如下:调节滤光器偏振片3、4，使其满足正交条件，进行选光。接着在液晶屏上设置合适的温度和磁场强度工作值，利用温控和磁控系统将温度和磁场强度调至相应设定值。然后就可以利用法拉第反常色散原理进行滤光。相对于现有的滤光器专利技术，本发明具有以下特色和优点:[0045]1.高度集成性:本发明将温控模块、磁控模块、电源模块、显示模块等集成到一起；其中，温控模块涉及加热装置6、散热窗口 7及8、感温器9、气泡夹持模块18 ;磁控模块涉及第一永磁铁1、第二永磁铁2、第一步进电机14、第二步进电机15 ；
[0046]2.可调谐性:利用温控模块和磁控模块对气泡谱线进行调谐；
[0047]3.便捷性:特有的气泡夹持与加热部件，免除了更换气泡及缠绕加热带的繁琐程序。使用内置可充电电源进行供电，不用外加电源，简化了滤光器使用准备程序；
[0048]4.具有较高商业化价值:本发明具有高度集成性以及便捷性，可进行成品化生产，用于提高通信系统信噪比，或供给实验室科研使用，或用于原子与光相互作用的教学实验演示等。
[0049]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种高度集成化的新型法拉第反常色散原子滤光器结构，其特征在于，所述滤光器为双层式结构，其上层包含电源模块(11)、液晶显示屏(12)以及电路模块(13)，其下层为滤光器结构的主体部分，包含:第一永磁铁(I)、第二永磁铁(2)、第一偏振片(3)、第二偏振片(4)、碱金属原子蒸汽泡(5)、加热装置(6)、散热窗口(7及8)、感温器(9)、屏蔽罩(10)、第一步进电机(14)、第二步进电机(15)、第一通光孔(16)、第二通光孔(17)、气泡夹持模块(18)、闻斯计探头(19);其中， 所述第一永磁铁(I)及第二永磁铁(2)为中心带孔的圆柱体永磁体，所述第一永磁铁(I)及第二永磁铁(2)分别通过金属圆柱竖直固定在滤光器底座上的可滑动部件上，所述第一永磁铁(I)及第二永磁铁(2)的直径均设置为大于碱金属原子蒸汽泡(5)的直径；所述第一永磁铁(I)的中心孔部分设置为可以透光，且中心孔设置为与滤光器一端的第一通光孔(16);所述第二永磁铁(2)的中心孔部分设置为可以透光，且中心孔设置为与滤光器另一端的第二通光孔(17)重合；所述第一永磁铁(I)及第二永磁铁(2)在放置过程中，保持互相平行，且处于相同高度，用于在轴向提供一平行磁场；所述第一永磁铁(I)及第二永磁铁(2)均通过螺纹、螺孔来与各自对应的金属圆柱进行可拆卸地连接固定； 所述第一偏振片(3)、第二偏振片(4)分别放置在滤光器的两端，其大小相同，放置高度相同，所述第一偏振片(3)设置于第一永磁铁(I)的光路入射方向上，所述第二偏振片(4)设置于第二永磁 铁(2)的光路出射方向上；所述第一偏振片(3)、第二偏振片(4)竖直放置，相互保持平行； 所述碱金属原子蒸汽泡(5)采用石英材料制作，通过气泡夹持模块(18)固定在滤光器中心，置于第一永磁铁(I)、第二永磁铁(2)之间，碱金属原子蒸汽泡(5)两端面分别与所在侧的第一永磁铁(I)或第二永磁铁(2)的距离设置为相同；所述碱金属原子蒸汽泡(5)水平放置，其中心轴线与第一永磁铁(I)及第二永磁铁(2)的中心轴线相重合； 所述加热装置出)，其为加热带，与电路模块(13)相连，在其中心部位处设置有散热窗口(7及8);该加热带设置于所述气泡夹持模块(18)与碱金属原子蒸汽泡(5)相接触的夹持面上；加热时，通过所述气泡夹持模块(18)固定碱金属原子蒸汽泡(5)，电路模块(13)驱动气泡夹持模块(18)夹持面上加热带来对碱金属原子蒸汽泡(5)加热；所述加热装置(6)上的散热窗口(7及8)用于使多余热量从气泡中心处散出，防止在碱金属原子气泡(5)两平行端面出现凝结，从而影响系统透过率； 所述气泡夹持模块(18)，其包括两根相同的支臂，分为第一支臂及第二支臂，所述两根支臂上相同的位置处均设有通孔，通孔所处的位置位于支臂的三分之一至四分之一处之间，以所述两根支臂各自的通孔作为连接点，通过螺栓连接的方式，所述两根支臂交叉连接，形成一 “剪刀状”的结构，且所述两根支臂可绕连接点相互转动；由此，将由连接点划分的支臂的较长的一端定义为操作人员手持端，将由连接点划分的支臂的较短的一端定义为汽泡夹持端，所述两根支臂的汽泡夹持端另通过弹簧连接，且汽泡夹持端上形成与碱金属原子气泡(5)相接触的夹持面，夹持面上设置加热带，由此通过弹簧的预紧力及操作人员的夹持力来固定碱金属原子气泡(5)，并通过加热带加热汽泡； 所述感温器(9)为一微型热敏电阻，其与电路模块(13)相连，并设置为紧贴碱金属原子蒸汽泡(5)的汽泡壁，其由电路模块(13)进行供电驱动，用于检测汽泡温度； 所述屏蔽罩(10)为铜皮结构，紧贴在原子滤光器外壁，使用螺丝进行固定；其用于屏蔽外界环境对滤光器的磁干扰，同时也屏蔽滤光器磁场对外界的干扰； 所述电源模块(11)，居于原子滤光器上层左侧位置，为大容量可充电的锂电池，其通过电线与电路模块(13)连接 ，用以给整个滤光器系统供电；所述液晶显示控制屏(12)，居于原子滤光器上层中心位置，其通过线路与电路模块(13)连接，用以实时显示磁场、温度大小，以及系统剩余电量，同时可设置调节磁场及温度大小； 所述电路模块(13)，居于原子滤光器上层右侧位置，通过电线与电源模块(11)、液晶显控屏(12)、加热装置(6)、感温器(9)、第一步进电机(14)、第二步进电机(15)、高斯计探头(19)相连，用以调节温度和磁场； 所述第一步进电机(14)、第二步进电机(15)，固定在原子滤光器底部两端，分别通过齿轮控制其所在端的永磁铁的移动；所述第一步进电机(14)、第二步进电机(15)由电路模块(13)进行驱动，用于调节两永磁体之间的距离，进而改变磁场大小； 所述高斯计探头(19)放置在汽泡外壁，用以探测气室磁场大小。
【文档编号】G02B27/28GK103972781SQ201410218727
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】郭弘, 张建玮, 罗斌, 尹龙飞, 钟雷 申请人:北京大学