一种通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器的制造方法
【专利摘要】本发明属于空间光通信【技术领域】，具体涉及一种通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器。为有效提高激发态原子滤光器的泵浦效率，并克服因泵浦激光稳频模块导致的光路复杂、环境条件要求高、适应性差以及实用性低的问题，该滤光器去除了外置稳频模块，而是利用滤光器内部的Rb原子蒸汽吸收峰作为频率标准，结构更加简单，工作稳定性更好且效率更高，由于该方案结合多跃迁吸收带的产生原理，采用非常具有针对性的稳频方式，从而能够得到很好的泵浦效果。
【专利说明】一种通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器
【技术领域】
[0001]本发明属于空间光通信【技术领域】，具体涉及一种通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器。
【背景技术】
[0002]滤光器的作用是从较强的宽带背景光中提取出微弱的窄带光信号，它是水下光通信、自由空间光通信、深空光通信、遥感、激光雷达、气象等各种应用技术中的核心关键器件之一。为了能够有效地抑制太阳辐射、黑体辐射以及由大气、海水等散射介质引起的散射光和海底生物发光等背景光噪声，保证接收系统有较高的信噪比，同时又能高效率地传输信号光，使得接收系统有较高的检测灵敏度，要求滤光器具有如下性能:窄带宽、高透射率、大视场角和较高的带外噪声抑制比，同时为了满足实时光通信的需要，要求系统有较快的时间响应度。
[0003]传统的滤光器如干涉滤光片，其通带宽度在IOnm的量级；利用双折射效应做成的一些晶体滤光器，其滤光带宽与晶体的厚度成反比，增加晶体的厚度会大大缩小其接收立体角并增加通带内的损耗，难以同时满足窄带宽和高透射率的要求。总之，传统滤光器的性能远远不能满足目前实际应用的要求。
[0004]从上个世纪70年代开始，人们开始考虑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)便是其中之一。经过十余年的研究，用于激光雷达、水下通信、对潜通信、大气通信、深空通信等目的的ARF均有报道。但是随着ARF的发展，人们也逐渐发现了 ARF的局限性，比如响应慢，不能用于成像等。
[0005]于1991年,一种新型的原子滤光器:法拉第反常色散滤光器(Faraday anomalousdispersion optical filter, FAD0F)被研制出来。法拉第反常色散现象是指线偏振光在加有恒定纵向磁场的原子蒸汽中传播时，由于原子吸收线在磁场作用下发生分裂，对于左旋圆偏振(LCP)光和右旋圆偏振(RCP)光有不同的吸收和色散效应，造成原线偏振光偏振面会发生旋转。
[0006]FADOF由两个正交的偏振片和置于纵向磁场中的原子汽室构成,第一个偏振片用于起偏，原子蒸汽的共振法拉第效应使通带内的信号光的偏振面发生旋转，通过对温度和磁场的改变来控制旋转的角度，使通带内的信号光能够最大限度的透过用于检偏的第二个偏振片，而带外信号偏振面不变，于是被两片正交的格兰棱镜阻断。这便是FADOF滤光的基本原理。
[0007]FADOF的工作波段受限于原子的吸收线，其透射峰位置一般位于原子吸收线中心几个GHz的通带宽度内，主要由原子吸收线的展宽效应决定，如多普勒展宽、碰撞增宽等。为了制作某个所需波段的原子滤光器，必须找到这个目标波段内的原子吸收线。由于物质的基本物理特性限制，目前能够制作原子滤光器的主要是碱金属原子和部分碱土金属原子，因为这些原子的蒸汽可以在相对较低的温度下得到。原子的种类有限，这些原子的基态吸收线覆盖波段也无法很好的满足各种需要。但是原子的激发态跃迁覆盖波段就广泛得多了，因此激发态的原子滤光器成为后来的研究重点。
[0008]激发态原子滤光器的难点在于如何制备激发态的原子布居，因为正常状态下，原子都是处于能量最低的基态能级上，若想利用原子激发态制作滤光器，就必须通过外加能量把原子从基态激励到激发态上去。这一过程可以使用激光泵浦、原子灯泵或者微波激励等外加激励源实现。其中，激光作为激励源效率最高，准确度最好，可以尽量多的使原子处于目标激发态能级上。而原子灯或者微波激励比较不可控，都是将原子激发到某些高能级上后由原子向低能级随机掉落，会造成原子在多个能级都有布居，虽然也可以得到透射谱线，但是无法控制原子处于哪一个激发能级上，同时也会产生谱带非常宽的荧光干扰信号。
[0009]激光泵浦也有其缺点存在，即激光作为一种精确地泵浦方式，其激光波长必须准确地对准原子的基态能级跃迁，这就对激光的频率稳定性提出了较高的要求。因此使用激光泵浦的激发态原子滤光器必需包含泵浦激光稳频模块。目前使用的激光稳频模块有原子饱和吸收谱稳频和光学谐振腔稳频两大类，其共同点在于光路比较复杂，且对工作环境条件要求较高，适应性差，造成激发态原子滤光器的实用性较低。因此，如何针对这些缺陷，提供一种有效提高激发态原子滤光器的泵浦效率同时简化了激光稳频模块的激发态法拉第反常色散原子滤光器，已成为目前重点研究的技术方向。
【发明内容】
[0010](一)要解决的技术问题
[0011]本发明要解决的技术问题是:针对现有的激发态法拉第反常色散原子滤光器，如何有效提高激发态原子滤光器的泵浦效率，并克服因泵浦激光稳频模块导致的光路复杂、环境条件要求高、适应性差以及实用性低的问题。
[0012](二)技术方案
[0013]为解决上述技术问题，本发明提供一种通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器，所述滤光器包括:半导体激光器1、激光隔离器2、耦合用二向色性镜片3、分光用二向色性镜片4、Rb原子蒸汽泡5、磁场发生器6、加热器7、检偏镜8、起偏镜9、780nm的四分之一波片10、偏振分光棱镜11、第一光电探测器12、第二光电探测器13、差分器14以及稳频伺服器15 ；
[0014]所述半导体激光器I为可调谐的780nm半导体激光器，其用于提供Rb原子基态52S1/2到目标激发态52P3/2的泵浦激光；
[0015]所述激光隔离器2用于确保泵浦激光信号单向透过，隔断由后级光学器件上反射回来的光信号；
[0016]所述耦合用二向色性镜片3设置于所述检偏镜8与Rb原子蒸汽泡5之间，且位于所述激光隔离器2的透射光路上，其设置为对1529nm光高透射，并对780nm光高反射，其用于在把泵浦激光引入滤光器光路的同时尽可能减小信号光的损失；
[0017]所述分光用二向色性镜片4设置于所述Rb原子蒸汽泡5与起偏镜9之间，且位于所述Rb原子蒸汽泡5的透射光路上，其设置为对1529nm光高透射，对780nm光高反射，其用于将泵浦光从滤光器光路中提取出来，以备在后级光路中进行稳频，同时尽可能减小信号光的损失；
[0018]所述Rb原子蒸汽泡5设置于所述耦合用二向色性镜片3反射光路上，泡采用石英材料制作，其设置为在近红外780nm和1529nm都具备高透射率；
[0019]所述磁场发生器6设置于所述Rb原子蒸汽泡5上，其用于产生用于对Rb原子蒸汽泡5进行作用的外磁场信号；
[0020]所述加热器7设置于所述Rb原子蒸汽泡5上，其用于控制所述Rb原子蒸汽泡5的工作温度；
[0021]所述检偏镜8与起偏镜9设置于所述Rb原子蒸汽泡5的光路两端，所述检偏镜8与起偏镜9设置为相互正交，所述起偏镜9设置为允许线偏振的信号光透过，并使杂散光仅有一个线偏振分量透过；所述检偏镜8设置为通过与起偏镜9相互正交来过滤掉经起偏镜9透过的杂散光线偏振分量；
[0022]所述780nm的四分之一波片10，其设置于所述分光用二向色性镜片4的反射光路上，其用于将入射光信号的左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量分别变为波片主轴和副轴成一定角度方向上的线偏振光；
[0023]所述偏振分光棱镜11设置于所述四分之一波片10的出射路径上，其用于将四分之一波片10出射的主轴和副轴方向上的线偏振光分束，在两个方向上出射，从而将光信号的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分量分别提取出来；
[0024]所述第一光电探测器12用于将把前述提取出的左旋圆偏振光转化为第一电信号并输出至差分器14;
[0025]所述第二光电探测器13用于将把前述提取出的右旋圆偏振光转化为第二电信号并输出至差分器14;
[0026]所述差分器14用于将输入的第一电信号及第二电信号进行信号相减，生成频率偏移信号；
[0027]所述稳频伺服器15用于根据所述频率偏移信号，生成反馈给所述半导体激光器I的控制信号，所述控制信号用于调整半导体激光器I的工作频率，修正频率偏移，从而将激光波长锁定在泵浦效率最大的位置上。
[0028]其中，在所述Rb原子蒸汽泡5的光路上，所述起偏镜9相对Rb原子蒸汽泡5的另一端还设置有可调谐的1529nm激光源16，所述检偏镜18相对Rb原子蒸汽泡5的另一端还设置有第三光电探测器17 ；
[0029]所述可调谐的1529nm激光源16用于产生波长连续变化的信号光经起偏镜9入射至Rb原子蒸汽泡5，从而用于检测一段连续波长范围内信号光的透射情况；
[0030]所述第三光电探测器17用于将由检偏镜18透射的信号光转化为电信号记录，因信号光的波长连续变化，因此连续记录透射的信号光就可以得到以波长为自变量，透射率为值的曲线，也即透射谱。
[0031]其中，所述四分之一波片10的主轴和副轴与所述偏振分光棱镜11的分光轴成45°夹角。
[0032]其中，所述加热器7用于控制所述Rb原子蒸汽泡5工作在常温至200°C的任意温度上。
[0033](三)有益效果
[0034]与现有技术相比较，本发明技术方案具备如下几点有益效果:
[0035](I)泵浦效率高，泵浦精确度和最终滤光器参数均高于微波激励或原子灯泵。[0036](2)结构简单，省去了外部稳频装置，使用原子滤光器内部原子蒸汽室进行稳频，降低了对外界环境的要求。
[0037](3)长期稳定性较好，采用原子的磁致分裂带稳频，一定程度上可以跟随磁场细微变化自适应调节工作波长，始终保持高效泵浦。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1为通信波段Rb原子滤光器所利用的原子跃迁线示意图。
[0039]图2为Rb原子基态能级到第一激发态能级的多吸收带现象示意图。
[0040]图3为简单理论模型产生磁致多跃迁线重合现象的谱线示意图。
[0041]图4为简单理论模型得到的圆偏振差分信号示意图。
[0042]图5为Rb原子D2线实测得到的磁致多跃迁线重合现象的谱线示意图。
[0043]图6为Rb原子D2线实测得到的圆偏振差分信号示意图。
[0044]图7为本发明技术方案的激发态法拉第反常色散原子滤光器整体结构示意图。
[0045]图8为在110°C、泵浦光功率24mW条件下本发明技术方案在1529nm的透射谱线示意图。
[0046]图9为在110°C、不同泵浦光功率得到的最大透射率变化情况示意图。
【具体实施方式】
[0047]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。
[0048]首先，关于本发明的附图，图1为通信波段Rb原子滤光器所利用的原子跃迁线示意图。图2为Rb原子基态能级到第一激发态能级的多吸收带现象示意图。图3为简单理论模型产生磁致多跃迁线重合现象的谱线示意图。图4为简单理论模型得到的圆偏振差分信号示意图。图5为Rb原子D2线实测得到的磁致多跃迁线重合现象的谱线示意图。图6为Rb原子D2线实测得到的圆偏振差分信号示意图。
[0049]为解决现有技术的问题，本发明技术方案重点针对通信波段最常见的1.5μπι波段激光信号，选取碱金属铷原子(rubidium, Rb)作为工作原子,采用多跃迁重合的工作条件和内部稳频的工作模式，使用激光对Rb的52S1/2 — 52P3/2 (780.24nm)进行泵浦，然后利用Rb的52P3/2 — 42D5/2 ( 1529.354nm)跃迁制作通信波段激发态法拉第反常色散原子滤光器。
[0050]原子对于和跃迁线共振的激光有吸收效应，但是实际的原子的吸收线并不是离散的线分布，而是具有一定带宽的吸收带分布，而且位于吸收带内，具体处在吸收带峰值位置处还是边带位置处，吸收率也并不相同。吸收带的宽度主要由展宽决定，一般包括自然线宽、多普勒增宽和压力碰撞增宽。为了得到尽量多的原子蒸汽，原子滤光器的工作温度一般在一百摄氏度以上，此时的展宽效应主要是多普勒增宽，展宽量级约为GHz。另外由于碱金属原子核自旋的存在，原子能级存在超精细结构，就本发明使用的Rb原子来说，其两种同位素85Rb和87Rb基态超精细分裂相距分别为3GHz和6.8GHz，激发态52P3/2的超精细分裂比较窄，未超过1GHz，因此在没有外加磁场的条件下，Rb原子都会呈现出四条多普勒展宽的吸收带。然而用于激光泵浦的半导体激光器线宽一般在MHz甚至更窄，只能选择一条吸收带内的一个频率点进行泵浦，位于其他精细能级上的原子则无法被利用。此外，法拉第反常色散原子滤光器的原子还需要工作在磁场中，外加磁场会造成磁自旋量子数不同的原子产生能级分裂，吸收带会变得更宽、更加分散。但是，可以通过设置合适的工作条件，使原子不同能级的磁致分裂线重叠并融合。通过理论计算和实验测量，选择磁场工作在450G到600G之间，此时Rb原子的52S1/2 (F=2) — 52P3/2跃迁带的低频漂移分裂带与52S1/2(F=3) — 52P3/2跃迁的高频漂移分裂带重合，甚至可以形成比磁致分裂前更强的吸收线。很明显，这种增强效应是融合了比无磁场条件下更多更强的跃迁线才形成的。在这种多跃迁线重合的条件下选择其吸收峰值位置进行泵浦可以得到非常高的泵浦效率。
[0051]由于外置磁场较强，Rb原子在52S1/2 — 52P3/2线上的吸收谱线变化很大，在这种情况下，外置的饱和吸收稳频方式锁定的激光频率已经不再是滤光器核心Rb原子的最大共振吸收点；而外置光学谐振腔的稳频方式虽然可以将激光频率对准最大吸收，但是光学谐振腔十分敏感，受工作环境影响大，工作模式容易产生变化，且长期稳定性差。本发明技术方案去除了外置稳频模块，而是利用滤光器内部的Rb原子蒸汽吸收峰作为频率标准，结构更加简单，工作稳定性更好且效率更高。结合多跃迁吸收带的产生原理，该方案采用一种非常具有针对性的稳频方式，能够得到很好的泵浦效果。因为泵浦所用吸收带由磁致分裂产生，且是由两个跃迁带各自的高频漂移与低频漂移相反的两个吸收带交错形成的，所以可以推断这两个吸收带的圆偏振方向恰相反。采用一个简单的圆偏振分束光路就可以将这两个分量分别提取出来，通过做差分检测的方式可以得到吸收带中的频率偏移信号，并进行稳频。
[0052]具体而言，如图7所示，图7是本发明技术方案的主体结构图。其中，该技术方案所提供的滤光器包括:
[0053]半导体激光器1、激光隔离器2、|禹合用二向色性镜片3、分光用二向色性镜片4、Rb原子蒸汽泡5、磁场发生器6、加热器7、检偏镜8、起偏镜9、780nm的四分之一波片10、偏振分光棱镜11、第一光电探测器12、第二光电探测器13、差分器14以及稳频伺服器15 ；
[0054]所述半导体激光器I为可调谐的780nm半导体激光器，其用于提供Rb原子基态52S1/2到目标激发态52P3/2的泵浦激光；
[0055]所述激光隔离器2用于确保泵浦激光信号单向透过，隔断由后级光学器件上反射回来的光信号，以避免光反馈影响半导体激光器的工作模式，造成工作不稳定；
[0056]所述耦合用二向色性镜片3设置于所述检偏镜8与Rb原子蒸汽泡5之间，且位于所述激光隔离器2的透射光路上，其设置为对1529nm光高透射，并对780nm光高反射，其用于在把泵浦激光引入滤光器光路的同时尽可能减小信号光的损失；
[0057]所述分光用二向色性镜片4设置于所述Rb原子蒸汽泡5与起偏镜9之间，且位于所述Rb原子蒸汽泡5的透射光路上，其设置为对1529nm光高透射，对780nm光高反射，其用于将泵浦光从滤光器光路中提取出来，以备在后级光路中进行稳频，同时尽可能减小信号光的损失；
[0058]所述Rb原子蒸汽泡5设置于所述耦合用二向色性镜片3反射光路上，泡采用石英材料制作，其设置为在近红外780nm和1529nm都具备高透射率；置于磁场中的Rb原子蒸汽泡由于法拉第反常色散效应可以使共振能级附近的光信号偏振方向发生偏转；
[0059]所述磁场发生器6设置于所述Rb原子蒸汽泡5上，其用于产生用于对Rb原子蒸汽泡5进行作用的外磁场信号，为了达到跃迁线融合度最好，要尽量保证磁场在整个光路上分布均匀，否则同一条跃迁线在光路中不同空间位置处的吸收峰波长位置都不同，难以实现高效吸收；
[0060]所述加热器7设置于所述Rb原子蒸汽泡5上，其用于控制所述Rb原子蒸汽泡5的工作温度；高温可以提高Rb泡内的饱和蒸汽压，从而增加气态原子数目；
[0061]所述检偏镜8与起偏镜9设置于所述Rb原子蒸汽泡5的光路两端，所述检偏镜8与起偏镜9设置为相互正交，所述起偏镜9设置为允许线偏振的信号光透过，并使杂散光仅有一个线偏振分量透过；所述检偏镜8设置为通过与起偏镜9相互正交来过滤掉经起偏镜9透过的杂散光线偏振分量；
[0062]所述780nm的四分之一波片10，其设置于所述分光用二向色性镜片4的反射光路上，其用于依据四分之一波片的独特性质，将入射光信号的左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量分别变为波片主轴和副轴成一定角度方向上的线偏振光；
[0063]所述偏振分光棱镜11设置于所述四分之一波片10的出射路径上，其用于将四分之一波片10出射的主轴和副轴方向上的线偏振光分束，在两个方向上出射，从而将光信号的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分量分别提取出来；
[0064]所述第一光电探测器12用于将把前述提取出的左旋圆偏振光转化为第一电信号并输出至差分器14;
[0065]所述第二光电探测器13用于将把前述提取出的右旋圆偏振光转化为第二电信号并输出至差分器14;
[0066]所述差分器14用于将输入的第一电信号及第二电信号进行信号相减，生成频率偏移信号；
[0067]所述稳频伺服器15用于根据所述频率偏移信号，经过滤波放大后，生成反馈给所述半导体激光器I的控制信号，所述控制信号用于调整半导体激光器I的工作频率，修正频率偏移，从而将激光波长锁定在泵浦效率最大的位置上。
[0068]其中，在所述Rb原子蒸汽泡5的光路上，所述起偏镜9相对Rb原子蒸汽泡5的另一端还设置有可调谐的1529nm激光源16，所述检偏镜18相对Rb原子蒸汽泡5的另一端还设置有第三光电探测器17 ；
[0069]所述可调谐的1529nm激光源16用于产生波长连续变化的信号光经起偏镜9入射至Rb原子蒸汽泡5，从而用于检测一段连续波长范围内信号光的透射情况；
[0070]所述第三光电探测器17用于将由检偏镜18透射的信号光转化为电信号记录，因信号光的波长连续变化，因此连续记录透射的信号光就可以得到以波长为自变量，透射率为值的曲线，也即透射谱。
[0071]其中，所述四分之一波片10的主轴和副轴与所述偏振分光棱镜11的分光轴成45°夹角。
[0072]其中，所述加热器7用于控制所述Rb原子蒸汽泡5工作在常温至200°C的任意温度上。
[0073]由此而言，基于上述超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器来实施的滤光方法具体可包括如下步骤:
[0074]步骤S1:磁场发生器6产生用于对Rb原子蒸汽泡5进行作用的外磁场信号；加热器7控制所述Rb原子蒸汽泡5的工作温度；直至磁场信号及温度满足Rb原子蒸汽泡5的预定工作要求；
[0075]步骤S2:半导体激光器I产生780nm泵浦激光；
[0076]步骤S3:激光隔离器2确保泵浦激光信号单向透过，隔断由后级光学器件上反射回来的光信号；
[0077]步骤S4:耦合用二向色性镜片3对780nm泵浦激光进行反射，反射光进入Rb原子蒸汽泡5 ；
[0078]步骤S5:Rb原子蒸汽泡5中的Rb原子蒸汽在780nm泵浦激光的作用下从基态52S1/2进行激发；
[0079]步骤S6:分光用二向色性镜片4对经Rb原子蒸汽泡5透射出的780nm泵浦激光进行反射，反射光进入四分之一波片10 ；
[0080]步骤S7:四分之一波片10将入射光信号的左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量分别变为波片主轴和副轴成一定角度方向上的线偏振光；
[0081]步骤S8:偏振分光棱镜11将四分之一波片10出射的主轴和副轴方向上的线偏振光分束，在两个方向上出射，从而将光信号的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分量分别提取出来；
[0082]步骤S9:第一光电探测器12将把前述提取出的左旋圆偏振光转化为第一电信号并输出至差分器14 ;第二光电探测器13用于将把前述提取出的右旋圆偏振光转化为第二电信号并输出至差分器14 ;差分器14将输入的第一电信号及第二电信号进行信号相减，生成频率偏移信号；
[0083]步骤SlO:稳频伺服器15根据所述频率偏移信号，按泵浦激光要使Rb原子从基态52S1/2激发到目标激发态52P3/2的要求，生成用于修正半导体激光器I工作频率的控制信号；
[0084]步骤Sll:半导体激光器I根据所述控制信号调整其工作频率，产生频率修正后的780nm泵浦激光；
[0085]重复步骤S2至步骤SI I，直至半导体激光器I所输出的泵浦激光频率稳定为可使Rb原子从基态52S1/2激发到目标激发态52P3/2为止。
[0086]其中，所述滤光方法中还包括:
[0087]通过起偏镜9透过线偏振的信号光，并使杂散光仅有一个线偏振分量透过的步骤；以及，
[0088]通过与起偏镜9相互正交的检偏镜8过滤掉经起偏镜9透过的杂散光线偏振分量的步骤。
[0089]综上所述，本发明技术方案中，器件5?9为原子滤光器的主体部分，正交偏振片8、9使绝大多数的光都无法通过滤光器，只有那些在铷泡5和磁场6、加热器7共同作用下发生法拉第反常色散效应的光信号偏振方向发生旋转，从而透射出去。
[0090]激光器I是泵浦光的发射源，透过隔离器2后，由二向色镜3、4引入滤光器再将剩余光信号导出，然后利用导出的光信号进行稳频。四分之一波片10和偏振分光镜11是圆偏振分量提取光路，波片的主轴和副轴与分光镜的分光轴成45°夹角，从而入射波片的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光会最终转化为偏振分光镜两个分光方向上的分量。
[0091]器件12?15是激光器的稳频电路模块。由于器件10、11的分光效果不可能达到完美，加之光电探测器12、13的光电转换效率无法完全相等，因此两个圆偏振分量的电信号相减前需要经过差分电路14预处理，分别调整本底和放大倍数，通过先期测试调节，使最终相减的两个信号与入射光圆偏振分量的功率比例关系相等，否则会造成稳频效果下降。稳频伺服电路15将频率偏移量进行滤波和放大，最后提供给激光器I的波长控制模块。对于外腔半导体激光器，一般是加载到调节外腔长度的压电陶瓷PZT上。
[0092]经过实施本发明技术方案，其内部稳频多跃迁线泵浦的激发态法拉第反常色散原子滤光器的透射谱线如图8所示，不同泵浦光功率得到的最大透射率变化情况如图9所示，最高透射率可达60%，中心峰透射带宽约1.4GHzο
[0093]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】
1.一种通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器，其特征在于，所述滤光器包括:半导体激光器(I)、激光隔离器(2)、|禹合用二向色性镜片(3)、分光用二向色性镜片(4)、Rb原子蒸汽泡(5)、磁场发生器(6)、加热器(7)、检偏镜(8)、起偏镜(9)、780nm的四分之一波片(10)、偏振分光棱镜(11)、第一光电探测器(12)、第二光电探测器(13)、差分器(14)以及稳频伺服器(15); 所述半导体激光器(I)为可调谐的780nm半导体激光器，其用于提供Rb原子基态52S1/2到目标激发态52P3/2的泵浦激光； 所述激光隔离器(2)用于确保泵浦激光信号单向透过，隔断由后级光学器件上反射回来的光信号； 所述耦合用二向色性镜片(3)设置于所述检偏镜(8)与Rb原子蒸汽泡(5)之间，且位于所述激光隔离器(2)的透射光路上，其设置为对1529nm光高透射，并对780nm光高反射，其用于在把泵浦激光引入滤光器光路的同时尽可能减小信号光的损失； 所述分光用二向色性镜片(4)设置于所述Rb原子蒸汽泡(5)与起偏镜(9)之间，且位于所述Rb原子蒸汽泡(5)的透射光路上，其设置为对1529nm光高透射，对780nm光高反射，其用于将泵浦光从滤光器光路中提取出来，以备在后级光路中进行稳频，同时尽可能减小信号光的损失； 所述Rb原子蒸汽泡(5)设置于所述耦合用二向色性镜片(3)反射光路上，泡采用石英材料制作，其设置为在近红外780nm和1529nm都具备高透射率； 所述磁场发生器(6)设置于所述Rb原子蒸汽泡(5)上，其用于产生用于对Rb原子蒸汽泡(5)进行作用的外磁场信号； 所述加热器(7 )设置于所述Rb原子蒸汽泡(5 )上，其用于控制所述Rb原子蒸汽泡(5 )的工作温度； 所述检偏镜(8)与起偏镜(9)设置于所述Rb原子蒸汽泡(5)的光路两端，所述检偏镜(8)与起偏镜(9)设置为相互正交，所述起偏镜(9)设置为允许线偏振的信号光透过，并使杂散光仅有一个线偏振分量透过；所述检偏镜(8)设置为通过与起偏镜(9)相互正交来过滤掉经起偏镜(9)透过的杂散光线偏振分量； 所述780nm的四分之一波片(10)，其设置于所述分光用二向色性镜片(4)的反射光路上，其用于将入射光信号的左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量分别变为波片主轴和副轴成一定角度方向上的线偏振光； 所述偏振分光棱镜(11)设置于所述四分之一波片(10)的出射路径上，其用于将四分之一波片(10)出射的主轴和副轴方向上的线偏振光分束,在两个方向上出射，从而将光信号的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分量分别提取出来； 所述第一光电探测器(12)用于将把前述提取出的左旋圆偏振光转化为第一电信号并输出至差分器(14); 所述第二光电探测器(13)用于将把前述提取出的右旋圆偏振光转化为第二电信号并输出至差分器(14); 所述差分器(14)用于将输入的第一电信号及第二电信号进行信号相减，生成频率偏移信号; 所述稳频伺服器(15)用于根据所述频率偏移信号，生成反馈给所述半导体激光器(I)的控制信号，所述控制信号用于调整半导体激光器(I)的工作频率，修正频率偏移，从而将激光波长锁定在泵浦效率最大的位置上。
2.如权利要求1所述的通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器，其特征在于，在所述Rb原子蒸汽泡(5)的光路上，所述起偏镜(9)相对Rb原子蒸汽泡(5)的另一端还设置有可调谐的1529nm激光源(16)，所述检偏镜(18)相对Rb原子蒸汽泡(5)的另一端还设置有第三光电探测器(17)； 所述可调谐的1529nm激光源(16)用于产生波长连续变化的信号光经起偏镜(9)入射至Rb原子蒸汽泡(5)，从而用于检测一段连续波长范围内信号光的透射情况； 所述第三光电探测器(17)用于将由检偏镜(18)透射的信号光转化为电信号记录，因信号光的波长连续变化，因此连续记录透射的信号光就可以得到以波长为自变量，透射率为值的曲线，也即透射谱。
3.如权利要求1所述的通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器，其特征在于，所述四分之一波片(10)的主轴和副轴与所述偏振分光棱镜(11)的分光轴成45°夹角。
4.如权利要求1所述的通信波段的超窄带激发态法拉第反常色散原子滤光器，其特征在于，所述加热器(7 )用于`控制所述Rb原子蒸汽泡(5 )工作在常温至200 V的任意温度上。
【文档编号】G02B27/28GK103825184SQ201410082079
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】郭弘, 张建玮, 罗斌, 党安红, 尹龙飞 申请人:北京大学