專利名稱：一種1.5微米波段的反常色散濾光器及過濾信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用原子在磁場中產(chǎn)生的反常色散現(xiàn)象進(jìn)行濾光的原子濾光器及使用該濾光器過濾光通信波段1. 5微米信號光的方法。
背景技術(shù)：
1.5微米波段是光通信的重要波段之一。光信號容易受日光星光等雜散光的干擾， 濾光器的作用就是屏蔽信號光頻率以外的其他頻率的干擾光，因此必不可少。利用原子色散效應(yīng)的濾光器相比利用原子吸收效應(yīng)的濾光器來說，具有響應(yīng)速度快，透過率大的特點(diǎn)， 相比傳統(tǒng)的干涉濾光片以及雙折射晶體濾光器來說具有更窄的帶寬，更好的邊帶抑制比， 更大的視場角度，更大的透過率，并且工作頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)諧，在光通信領(lǐng)域有著很大的發(fā)展優(yōu)勢。對于1. 5um波段來說，銣原子是一個很好的選擇，其能級5P3/2-4D5/2， 5P3/2-4D3/2之間的躍遷頻率分別是1529. 37nm, 1529. 26nm (真空波長)，可以用來為 1529nm的光通信信號進(jìn)行濾波。銣原子的這些躍遷屬于激發(fā)態(tài)能級之間的躍遷，所以相應(yīng)的反常色散濾光器應(yīng)是激發(fā)態(tài)反常色散濾光器。到目前為止，國際上所有的激發(fā)態(tài)原子濾光器(ESFAD0F)系統(tǒng)中，泵浦激光都是必不可少的組成部分。它用于將原子從基態(tài)泵浦到激發(fā)態(tài)。具體拿銣原子15 !!的 ESFAD0F來說，需要用一束780nm的激光將原子從基態(tài)5S1/2泵浦到第一激發(fā)態(tài)5P3/2，然后才會對的信號光進(jìn)行濾光。而且激光頻率的穩(wěn)定度對泵浦的效果影響也很大，所以通常一套穩(wěn)頻系統(tǒng)是不可缺少的。泵浦激光系統(tǒng)及其穩(wěn)頻系統(tǒng)都大大增加了濾光器系統(tǒng)的成本和體積。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于減少傳統(tǒng)的銣原子15 !! ESFAD0F結(jié)構(gòu)和成本，提出一種新型的濾光器結(jié)構(gòu)，采用無極放電銣原子燈，利用銣燈的射頻功率將銣燈內(nèi)的原子激發(fā)到5P3/2激發(fā)態(tài)，實(shí)現(xiàn)了省去傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中昂貴的780nm泵浦激光系統(tǒng)的目的。大大降低了濾光器的成本、體積和復(fù)雜度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種1. 5微米波段的反常色散濾光器過濾信號的方法，其步驟為1)在濾光光路中依次放置一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；其中，所述銣燈置于一靜磁場內(nèi)，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；2)通過一加熱裝置將所述銣燈加熱到設(shè)定溫度范圍內(nèi)，并進(jìn)行溫度控制；3)為所述銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對目標(biāo)信號光偏振面進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；4)調(diào)整所述第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對輸入的信號光進(jìn)行過濾，得到該目標(biāo)信號光。進(jìn)一步的，所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述靜磁場方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
進(jìn)一步的，所述靜磁場、銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，通過一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場，其中所述第一磁體和第二磁體極性相對，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。進(jìn)一步的，通過一射頻耦合線圈為所述銣燈提供所需射頻功率；其中，所述銣燈位于所述射頻耦合線圈內(nèi)，所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，通過一加直流電的射頻耦合線圈提供所述靜磁場，其中所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內(nèi)；所述靜磁場為一均勻靜磁場，所述靜磁場和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，通過在所述射頻耦合線圈上加一交流電，提供所述射頻功率；所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，根據(jù)射頻功率激發(fā)所述銣燈產(chǎn)生的光的顏色，確定該目標(biāo)信號光所需的射頻功率。進(jìn)一步的，所述信號光以設(shè)定角度從所述第一起偏器入射面入射；其中，所述信號光與入射面的夾角小于45°。進(jìn)一步的，所述第二起偏器前設(shè)有一干涉濾光片，用于濾除環(huán)境光。進(jìn)一步的，根據(jù)所述銣燈中銣原子及其工作能態(tài)確定所述靜磁場的磁場大小和方向，使所述銣燈的濾光效果達(dá)到最大。一種1. 5微米波段的反常色散濾光器，其特征在于包括濾光光路中依次放置的一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；其中，所述銣燈置于一靜磁場內(nèi)，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；所述銣燈外繞有一射頻耦合線圈，并設(shè)有一加熱裝置。進(jìn)一步的，所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述靜磁場方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。進(jìn)一步的，所述靜磁場、銣燈、加熱裝置以及所述射頻耦合線位于一磁屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，通過一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場，其中第一磁體和第二磁體極性相對，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。進(jìn)一步的，所述射頻耦合線圈上分別加一交流電和一直流電，其中通過所加直流電提供所述靜磁場，通過所加交流電提供所需射頻功率。進(jìn)一步的，所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內(nèi)； 所述加熱裝置、射頻耦合線圈和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，所述第二起偏器前設(shè)有一干涉濾光片，用于濾除環(huán)境光。本發(fā)明提供的新型濾光器結(jié)構(gòu)敘述如下。所述銣燈為一玻璃泡，玻璃泡中充有自然銣原子和緩沖氣體，玻璃泡外繞有射頻耦合線圈，加熱元件固定在銣燈上，用于加熱銣燈，銣燈置于兩磁鐵或通電螺旋線圈形成的均勻靜磁場中，兩個起偏器放置在銣燈的兩端，銣燈靠近起偏器件的兩端可透光，還包括一濾光片，位于第二起偏器件和銣燈之間。本發(fā)明還提供一種所述濾光器過濾信號光的方法，包括如下步驟1)根據(jù)銣燈中的銣原子調(diào)整濾光器中靜磁場的大小和方向；2)加熱元件將銣燈加熱到設(shè)定溫度；3)銣燈的射頻耦合線圈為銣燈提供頻率為50MHz至300MHz的射頻功率，使銣燈發(fā)光，銣燈中的工作原子處于激發(fā)態(tài)；4)通過調(diào)節(jié)射頻耦合線圈的交流電流調(diào)整射頻功率的大小，使整個銣燈體發(fā)光顏色呈最鮮艷的紫紅色，此時5P3/2態(tài)上能夠聚集最多的原子；5)需過濾的信號光入射角度為以濾光器軸向方向?yàn)橹行?，偏?5°以內(nèi)，信號光從第一起偏器件入射后穿過銣燈發(fā)生偏振面的旋轉(zhuǎn)后透過第二起偏器件，獲得過濾后的信號光。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為1)相比于現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的激發(fā)態(tài)原子濾光器，本發(fā)明由于利用了無極燈不需要一套獨(dú)立的穩(wěn)頻泵浦激光將基態(tài)原子泵浦帶激發(fā)態(tài)，極大地降低了激發(fā)態(tài)原子濾光器的系統(tǒng)體積和成本。2)本發(fā)明由于利用了無極燈，原子的基態(tài)和許多激發(fā)態(tài)都有粒子數(shù)布局，所以同一套原子濾光器可以實(shí)現(xiàn)幾個從激發(fā)態(tài)開始和從激發(fā)態(tài)開始到其他元姿態(tài)之間的不同波長的同時濾波效果。


圖1是實(shí)施例1的銣原子激發(fā)態(tài)反常色散原子濾光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例2的銣原子激發(fā)態(tài)反常色散原子濾光器結(jié)構(gòu)示意圖；1-第一起偏器件；2-第一永磁體；3-磁屏蔽外殼；4-射頻耦合線圈；5-銣燈； 6-第二永磁體；7-干涉濾光片；8-第二起偏器件；9-加熱元件；10-電路盒；11-電線；圖3是銣原子的兩種同位素85Rb和87Rb基態(tài)5S和激發(fā)態(tài)4P3/2，4D5/2的能級圖；圖4是以實(shí)施例1的銣原子法拉第反常色散原子濾光器的濾光效果和不同電壓時射頻功率的關(guān)系，下面的曲線是銣原子對應(yīng)的15 !!吸收譜參考曲線。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1本發(fā)明的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，永磁體2和6為環(huán)形，中間能透光，第一永磁鐵2和第二永磁鐵6極性相對放置，在軸向形成一個平行的磁場。兩個永磁體也可以不采用圖1的放置方式，而放置于銣燈5的上下方，極性相對，從而形成與軸向垂直的磁場。磁場的不同大小和方向可通過調(diào)整第一永磁鐵2和第二永磁鐵6的位置來獲得。第一永磁鐵2和第二永磁鐵6之間為銣燈5，銣燈5為一圓柱形玻璃泡，玻璃泡中充有銣原子和緩沖氣體，緩沖氣體基本是惰性氣體，如氬，氪、氙；銣燈5外繞有射頻耦合線圈4，電路盒10通過電線11與射頻耦合線圈4電連接為射頻耦合線圈4供電。銣燈5上固定有加熱元件9，可以是加熱片，還固定有控溫裝置(圖中未顯示)對加熱溫度進(jìn)行控制，力口熱元件9和控溫裝置通過電線11與電路盒10電連接，電路盒10為其供電。
上述結(jié)構(gòu)皆置于一磁屏蔽外殼3內(nèi)，磁屏外殼3兩側(cè)壁上各有一套筒(圖中未顯示)，套筒中各有一起偏器件，為第一起偏器件1和第二起偏器件8，第一起偏器件1和第二起偏器件8的起偏方向需使非共振的光的消光比達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。在第二起偏器件8的前方還放置有一干涉濾光片7，讓信號光通過，最大程度的阻擋燈光輸出。第一起偏器件1和第二起偏器件8為格蘭棱鏡。實(shí)施例1的濾光器濾出信號光的方法1)根據(jù)銣燈5中的銣原子以及其工作能態(tài)確定最佳的磁場大小，調(diào)整濾光器第一永磁鐵2和第二永磁鐵6的位置，調(diào)節(jié)靜磁場的大小使濾光效果達(dá)到最大，當(dāng)靜磁場的方向與光矢量方向平行時為法拉第(Faraday)濾光器，當(dāng)靜磁場的方向與光矢量方向垂直時為佛格脫(Voigt)濾光器； 2)電路盒10為加熱元件9供電使銣燈5加熱到設(shè)定溫度，控溫裝置對溫度進(jìn)行控制；3)電路盒10為射頻耦合線圈4供電，為銣燈5提供60MHz至200MHz的射頻功率， 銣燈5被點(diǎn)亮，銣原子處于激發(fā)態(tài)；4)調(diào)節(jié)射頻功率，使銣燈5發(fā)光顏色呈最鮮艷的紫紅色；4)需過濾的信號光從第一起偏器件1入射后穿過銣燈5發(fā)生偏振面的旋轉(zhuǎn)后經(jīng)過干涉濾光片7濾掉燈光，透過第二起偏器件8，獲得需要頻率的信號光。激光可以沿著濾光器的圖一所示的光傳播方向入射，也可以有一定的相對此方向的入射角，大約45°以內(nèi)。實(shí)施例2本發(fā)明的另外一種實(shí)施結(jié)構(gòu)如附圖2所示。其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1接近，但是較實(shí)施例1來說，是利用通電螺旋線圈來產(chǎn)生靜磁場，代替磁鐵。其結(jié)構(gòu)簡述如下。銣燈5設(shè)置在磁屏蔽盒3內(nèi)部，射頻耦合線圈4繞在銣燈5外，同樣不要和銣燈5 碰觸，加熱元件9對銣燈5加熱，控溫裝置對加熱溫度進(jìn)行控制，加熱元件9可以為加熱圈。 電路盒10通過電線11為加熱元件9供電，同時電路盒10通過電線11為射頻耦合線圈4 供電，電路盒10打開后給銣燈5供給射頻功率，同時為靜磁場線圈和射頻耦合線圈4提供直流電流，產(chǎn)生軸向靜磁場。同時和實(shí)施例1 一致，磁屏蔽盒3在軸向的兩端側(cè)壁上各有一個套筒，套筒中分別放置一個格蘭棱鏡1和8，1和8的起偏方向需要調(diào)節(jié)，以致系統(tǒng)對非共振的光的消光比達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。在8的前面放置干涉濾光片7，遮擋燈光。實(shí)施例2的工作流程和實(shí)施例1類似，簡述如下。根據(jù)銣原子以及其工作能態(tài)確定最佳的磁場大小和方向，設(shè)計射頻耦合線圈4的直流電流來調(diào)整靜磁場的大小。調(diào)整加熱元件9和控溫裝置，使銣燈5加熱到最佳溫度。選擇合適的格蘭棱鏡1 和8以及濾光片7，組合濾光器系統(tǒng)。在銣燈5熄滅的狀態(tài)下調(diào)節(jié)格蘭棱鏡1和8的起偏方向達(dá)到最佳消光比。調(diào)節(jié)線圈4的交流電流，調(diào)整供給的射頻功率的大小，以調(diào)節(jié)銣燈5的發(fā)光呈最鮮艷的紫紅色。信號光入射方向與實(shí)施例1類似。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，使得銣原子ESFAD0F的體積大大減少，小于0. 2升，其結(jié)構(gòu)和普通的基態(tài)FADOF類似，省去泵浦激光，大大減少系統(tǒng)的成本。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種1. 5微米波段的反常色散濾光器過濾信號的方法，其步驟為1)在濾光光路中依次放置一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；其中，所述銣燈置于一靜磁場內(nèi)，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；2)通過一加熱裝置將所述銣燈加熱到設(shè)定溫度范圍內(nèi)，并進(jìn)行溫度控制；3)為所述銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對目標(biāo)信號光偏振面進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；4)調(diào)整所述第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對輸入的信號光進(jìn)行過濾，得到該目標(biāo)信號光。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述靜磁場方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述靜磁場、銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于通過一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場，其中所述第一磁體和第二磁體極性相對，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于通過一射頻耦合線圈為所述銣燈提供所需射頻功率；其中，所述銣燈位于所述射頻耦合線圈內(nèi)，所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過一加直流電的射頻耦合線圈提供所述靜磁場，其中所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內(nèi)；所述靜磁場為一均勻靜磁場，所述靜磁場和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于通過在所述射頻耦合線圈上加一交流電，提供所述射頻功率；所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)射頻功率激發(fā)所述銣燈產(chǎn)生的光的顏色，確定該目標(biāo)信號光所需的射頻功率。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述信號光以設(shè)定角度從所述第一起偏器入射面入射；其中，所述信號光與入射面的夾角小于45°。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述第二起偏器前設(shè)有一干涉濾光片，用于濾除環(huán)境光。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)所述銣燈中銣原子及其工作能態(tài)確定所述靜磁場的磁場大小和方向，使所述銣燈的濾光效果達(dá)到最大。
12.—種1.5微米波段的反常色散濾光器，其特征在于包括濾光光路中依次放置的一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；其中，所述銣燈置于一靜磁場內(nèi)，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；所述銣燈外繞有一射頻耦合線圈，并設(shè)有一加熱裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述靜磁場方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
14.如權(quán)利要求13所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場、銣燈、加熱裝置以及所述射頻耦合線位于一磁屏蔽盒內(nèi)。
15.如權(quán)利要求12或13或14所述的濾光器，其特征在于通過一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場，其中第一磁體和第二磁體極性相對，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。
16.如權(quán)利要求12所述的濾光器，其特征在于所述射頻耦合線圈上分別加一交流電和一直流電，其中通過所加直流電提供所述靜磁場，通過所加交流電提供所需射頻功率。
17.如權(quán)利要求16所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內(nèi)；所述加熱裝置、射頻耦合線圈和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。
18.如權(quán)利要求12所述的濾光器，其特征在于所述第二起偏器前設(shè)有一干涉濾光片， 用于濾除環(huán)境光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種1.5微米波段的反常色散濾光器及過濾信號的方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。本方法為1)在濾光光路中依次放置一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；2)通過一加熱裝置將銣燈加熱到設(shè)定溫度范圍內(nèi)，并進(jìn)行溫度控制；3)為銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對目標(biāo)信號光偏振面進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；4)調(diào)整第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對輸入的信號光進(jìn)行過濾，得到該目標(biāo)信號光。本濾光器包括第一起偏器、銣燈、第二起偏器；其中，銣燈置于一靜磁場內(nèi)，且靠近第一、二起偏器的兩端可透光；銣燈外繞有一射頻耦合線圈，并設(shè)有一加熱裝置。本發(fā)明降低了激發(fā)態(tài)原子濾光器的系統(tǒng)體積和成本，可實(shí)現(xiàn)對不同波長同時濾波效果。
文檔編號G02B27/28GK102545004SQ20121004203
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者孫欽青, 陳景標(biāo) 申請人:北京大學(xué)