混合氣體多波段原子濾光器及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合氣體多波段原子濾光器及其方法，包括：一種基于混合氣體多波長原子濾光器，其包括：一個(gè)具有混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室；兩個(gè)在光的偏振方向上互相垂直正交的第一格蘭泰勒棱鏡和第二格蘭泰勒棱鏡，這一對棱鏡對分別放置于所述混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室兩側(cè)，并且正對所述堿金屬原子玻璃氣室，所述混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室中的銣銫混合氣體原子可與激光產(chǎn)生充分的法拉第旋光作用；一個(gè)穩(wěn)定的磁場源，用于對所述混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室產(chǎn)生一強(qiáng)度變化的梯度磁場，所述梯度磁場的磁場方向平行于光傳播方向。本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)非常簡單，易于制造，性能好，工作穩(wěn)定，壽命長。
【專利說明】混合氣體多波段原子濾光器及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光頻原子濾光器技術(shù)和光學(xué)器件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于混合氣體氣室型的多波段原子濾光器，具體涉及一種基于多種堿金屬原子混合氣體氣室型的原子法拉第反常色散效應(yīng)的原子濾光器及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]法拉第反常色散原子濾光器(此后簡稱原子濾光器)具有高透過率、窄帶寬、高邊帶抑制比等多種特有優(yōu)點(diǎn)，在對信噪比要求較高時(shí)，如自由空間光通信、激光布里淵光譜與生物活體組織成像、激光雷達(dá)和遙感、激光單模穩(wěn)頻、光頻原子鐘等不同科學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。
[0003]原子濾光器的透過波長決定于所利用的原子躍遷能級對應(yīng)的譜線波長，因此在具體應(yīng)用方面往往先確定好所需的波長及其對應(yīng)原子，具有非常明確的一一對應(yīng)特征。國內(nèi)外已有的文章和專利報(bào)道等文獻(xiàn)信息中，原子濾光器都是用單一原子種類，結(jié)合確定的磁場和溫度參數(shù)，只能提供單一波長的濾光功能。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及不同應(yīng)用場景需求的提高，越來越需要不同波長的激光提供確定的波長標(biāo)準(zhǔn)，這就需要有不同波長的濾光器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，通過利用多種堿金屬原子混合氣體的氣室，不同種類原子在各自的波長處都發(fā)生法拉第反常色散效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)混合氣體多波段原子濾光器及其方法。
[0005]本發(fā)明的混合氣體多波段原子濾光器，包括:
[0006]—種基于混合氣體多波長原子濾光器，其包括:
[0007]一個(gè)具有混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室；
[0008]兩個(gè)在光的偏振方向上互相垂直正交的第一格蘭泰勒棱鏡和第二格蘭泰勒棱鏡，這一對棱鏡對分別放置于所述混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室兩側(cè)，并且正對所述堿金屬原子玻璃氣室，所述混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室中的銣銫混合氣體原子可與激光產(chǎn)生充分的法拉第旋光作用；
[0009]一個(gè)穩(wěn)定的磁場源，用于對所述混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室產(chǎn)生一強(qiáng)度變化的梯度磁場，所述梯度磁場的磁場方向平行于光傳播方向；以及
[0010]一個(gè)溫度控制電路系統(tǒng)，用于控制所述混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室的穩(wěn)定溫度。
[0011]作為優(yōu)選:所述第一格蘭泰勒棱鏡與第二格蘭泰勒棱鏡是具有起偏和檢偏功能的器件，分別放置于混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室的兩側(cè)，兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡平行，其所在平面與光傳播方向垂直；兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡的偏振方向互相垂直，以使在沒有激光與原子相互作用時(shí)，沒有光能從第二格蘭泰勒棱鏡出射。
[0012]作為優(yōu)選:所述穩(wěn)定的磁場源由第一環(huán)形永久磁鐵和第二環(huán)形永久磁鐵產(chǎn)生定態(tài)磁場，強(qiáng)度分布穩(wěn)定的磁場沿光傳播方向。
[0013]作為優(yōu)選:所述穩(wěn)定的磁場源由螺旋線圈產(chǎn)生。
[0014]作為優(yōu)選:所述溫度控制電路系統(tǒng)包括加熱部分和測溫部分，用于穩(wěn)定系統(tǒng)工作時(shí)混合堿金屬原子蒸汽的溫度，其加熱部分對混合銣原子和銫原子玻璃氣室進(jìn)行加熱，并保證沒有原子凝結(jié)到混合銣原子和銫原子玻璃氣室的玻璃端面上阻礙光通過；測溫部分緊貼混合銣原子和銫原子玻璃氣室進(jìn)行溫度測量。
[0015]作為優(yōu)選:所述光學(xué)器件材質(zhì)為玻璃或石英。
[0016]作為優(yōu)選:所述原子泡的材質(zhì)為玻璃或石英。
[0017]作為優(yōu)選:所述溫度控制電路系統(tǒng)用加熱絲或加熱芯片方式加熱，用熱敏電阻或熱電偶測溫。
[0018]一種上述基于混合銣原子和銫原子的混合氣體多波長原子濾光器的方法，其步驟包括:
[0019]I)利用一充有混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室、第一格蘭泰勒棱鏡、第二格蘭泰勒棱鏡、一磁場源和一溫度控制系統(tǒng)；
[0020]2)調(diào)節(jié)優(yōu)化好所述兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡或偏振片的偏振方向至交理想的的互相正交垂直位置；
[0021]3)將激光經(jīng)過第一格蘭泰勒棱鏡，到達(dá)處于磁場中的混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室，接著通過第二格蘭泰勒棱鏡，并得到出射的應(yīng)用測試光束；
[0022]4)利用溫度控制電路系統(tǒng)對所述混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室進(jìn)行溫度控制，達(dá)到濾光器的效果在420nm、455nm、780nm、795nm、852nm、894nm波長處協(xié)同最優(yōu)的效果；
[0023]5)調(diào)節(jié)優(yōu)化磁場源的大小與梯度，達(dá)到濾光器的效果在420nm、455nm、780nm、795nm、852nm、894nm波長處協(xié)同最優(yōu)的效果。
[0024]作為優(yōu)選:步驟I)中所述混合銣原子和銫原子玻璃氣室內(nèi)充入銣原子氣體與銫原子氣體，同時(shí)混充惰性氣體。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:利用了混合堿金屬銣原子和銫原子的多能級躍遷譜線結(jié)構(gòu)具有的多波長特性，利用在420nm、455nm、780nm、795nm、852nm、894nm不同波長處可控的法拉第反常色散效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了一種基于混合堿金屬銣原子和銫原子氣室的多波長原子濾光器，并提供了其實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明的基于混合堿金屬銣原子和銫原子的多波長原子濾光器，設(shè)計(jì)原理明晰，結(jié)構(gòu)非常簡單，易于制造，性能好，工作穩(wěn)定，壽命長，對特殊條件下的激光波長計(jì)的多波長標(biāo)準(zhǔn)測試等領(lǐng)域具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于混合堿金屬銣原子和銫原子多波長濾光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2、圖3為本發(fā)明實(shí)施例的銣原子和銫原子相關(guān)能級結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的混合堿金屬銣原子和銫原子多波長原子濾光器的流程圖；
[0029]附圖標(biāo)記說明:第一格蘭泰勒棱鏡1、第一環(huán)形永久磁鐵2、玻璃氣室3、第二環(huán)形永久磁鐵4、第二格蘭泰勒棱鏡5。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)知道，并不表示本發(fā)明限制在所述實(shí)施例中。相反，本發(fā)明將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于混合銣原子和銫原子氣體的玻璃氣室多波長濾光器的結(jié)構(gòu)不意圖。該多波長原子濾光器包括:第一格蘭泰勒棱鏡I ;第一環(huán)形永久磁鐵2 ;混合銣原子和銫原子氣體玻璃氣室3 ;第二環(huán)形永久磁鐵4 ;第二格蘭泰勒棱鏡5。
[0032]將激光經(jīng)過格蘭泰勒棱鏡1，到達(dá)處于磁場中的混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室3，接著通過第二格蘭泰勒棱鏡5，并得到出射的應(yīng)用測試光束。第一格蘭泰勒棱鏡I與第二格蘭泰勒棱鏡5是具有起偏和檢偏功能的器件，分別放置于銣原子玻璃氣室3的兩側(cè)，兩個(gè)棱鏡平行，其所在平面與光傳播方向垂直；兩個(gè)棱鏡的偏振方向互相垂直，以使在沒有激光與原子相互作用時(shí)，沒有光能從第二格蘭泰勒棱鏡5出射。第一環(huán)形永久磁鐵2和第二環(huán)形永久磁鐵4產(chǎn)生定態(tài)磁場。強(qiáng)度分布穩(wěn)定的磁場沿光傳播方向。溫度控制電路系統(tǒng)包括加熱部分和測溫部分，用于穩(wěn)定系統(tǒng)工作時(shí)混合堿金屬原子蒸汽的溫度，其加熱部分對混合銣原子和銫原子氣體玻璃氣室3的進(jìn)行加熱，并保證沒有原子凝結(jié)到銣原子玻璃氣室3的玻璃端面上阻礙光通過；測溫部分緊貼混合銣原子和銫原子玻璃氣室進(jìn)行溫度測量。
[0033]在上述實(shí)施例中，磁場是通過永磁體產(chǎn)生，也可通過螺旋線圈等方式產(chǎn)生磁場。
[0034]在上述實(shí)施例中，光學(xué)器件材質(zhì)可為玻璃或石英；原子泡的材質(zhì)可為玻璃或石英；溫度控制系統(tǒng)可用加熱絲或加熱芯片方式加熱，用熱敏電阻或熱電偶測溫。
[0035]在上述實(shí)施例中，混合銣原子和銫原子玻璃氣室3內(nèi)充入一定比例的銣原子氣體與銫原子氣體，同時(shí)混充一定比例的惰性氣體。
[0036]圖4為應(yīng)用上述基于混合銣原子和銫原子的多波段原子濾光器的方法流程圖，包括如下步驟:
[0037]步驟101:利用一個(gè)處于磁場中充有混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室3、兩個(gè)產(chǎn)生定態(tài)磁場的環(huán)形永久性磁鐵、兩個(gè)正交偏振格蘭泰勒棱鏡、一溫度控制系統(tǒng)等組建上述實(shí)施例的基于銣原子和銫原子的多波段濾光器；
[0038]步驟102:利用所要處理的入射激光，調(diào)節(jié)所述兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡的偏振方向至互相垂直，利用該兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡對入射光進(jìn)行調(diào)節(jié)，在一定溫度和磁場下可達(dá)到最優(yōu)的多波段原子濾光性能，就可以得到420nm、455nm、780nm、795nm、852nm、894nm六種波長的原子濾光器；
[0039]上述實(shí)施例的基于混合堿金屬銣原子和銫原子多波長原子濾光器，還可包括一金屬外殼，用于固定和保護(hù)各個(gè)元件，并通過嚴(yán)格的尺寸、公差設(shè)計(jì)使各元件處于準(zhǔn)確的相互位置；該外殼還能夠屏蔽外界電磁干擾。
[0040]上述實(shí)施例的基于混合堿金屬混合銣原子和銫原子多波長濾光器，利用溫度控制系統(tǒng)，對堿金屬原子泡進(jìn)行恒溫控制，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；加上外殼的設(shè)計(jì)，可以屏蔽掉外界電磁干擾，保證濾光器透射光的信噪比較高。
[0041]上述實(shí)施例僅是為了說明本發(fā)明的原理，而非用于限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不違背本發(fā)明的技術(shù)原理及精神下，對實(shí)施例作修改與變化，比如可以增加堿金屬的種類，混合鉀和鈉等原子，甚至惰性氣體，達(dá)到其它不同波長的多波段原子濾光器的目的和效果。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)如權(quán)利要求所述。
【權(quán)利要求】
1.一種混合氣體多波段原子濾光器，其特征在于，包括: 一種基于混合氣體多波長原子濾光器，其包括: 一個(gè)具有混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室(3)； 兩個(gè)在光的偏振方向上互相垂直正交的第一格蘭泰勒棱鏡(I)和第二格蘭泰勒棱鏡(5)，這一對棱鏡對分別放置于所述混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室(3)兩側(cè)，并且正對所述堿金屬原子玻璃氣室(3)，所述混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室(3)中的銣銫混合氣體原子可與激光產(chǎn)生充分的法拉第旋光作用； 一個(gè)穩(wěn)定的磁場源，用于對所述混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室(3)產(chǎn)生一強(qiáng)度變化的梯度磁場，所述梯度磁場的磁場方向平行于光傳播方向；以及 一個(gè)溫度控制電路系統(tǒng)，用于控制所述混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室(3)的穩(wěn)定溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體多波段原子濾光器，其特征在于:所述第一格蘭泰勒棱鏡(I)與第二格蘭泰勒棱鏡(5)是具有起偏和檢偏功能的器件，分別放置于混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室(3)的兩側(cè)，兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡平行，其所在平面與光傳播方向垂直；兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡的偏振方向互相垂直，以使在沒有激光與原子相互作用時(shí)，沒有光能從第二格蘭泰勒棱鏡(5)出射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體多波段原子濾光器，其特征在于:所述穩(wěn)定的磁場源由第一環(huán)形永久磁鐵(2)和第二環(huán)形永久磁鐵(4)產(chǎn)生定態(tài)磁場,強(qiáng)度分布穩(wěn)定的磁場沿光傳播方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體多波段原子濾光器，其特征在于:所述穩(wěn)定的磁場源由螺旋線圈產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體多波段原子濾光器，其特征在于:所述溫度控制電路系統(tǒng)包括加熱部分和測溫部分，用于穩(wěn)定系統(tǒng)工作時(shí)混合堿金屬原子蒸汽的溫度，其加熱部分對混合銣原子和銫原子玻璃氣室(3)進(jìn)行加熱，并保證沒有原子凝結(jié)到混合銣原子和銫原子玻璃氣室(3)的玻璃端面上阻礙光通過；測溫部分緊貼混合銣原子和銫原子玻璃氣室(3)進(jìn)行溫度測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體多波段原子濾光器，其特征在于:所述光學(xué)器件材質(zhì)為玻璃或石英。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體多波段原子濾光器，其特征在于:所述原子泡的材質(zhì)為玻璃或石英。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體多波段原子濾光器，其特征在于:所述溫度控制電路系統(tǒng)用加熱絲或加熱芯片方式加熱，用熱敏電阻或熱電偶測溫。
9.一種權(quán)利要求1所述的混合氣體多波段原子濾光器的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)利用一充有混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室(3)、第一格蘭泰勒棱鏡(I)、第二格蘭泰勒棱鏡(5)、一磁場源和一溫度控制系統(tǒng)； 2)調(diào)節(jié)優(yōu)化好所述兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡或偏振片的偏振方向至交理想的的互相正交垂直位置； 3)將激光經(jīng)過第一格蘭泰勒棱鏡(I)，到達(dá)處于磁場中的混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室(3)，接著通過第二格蘭泰勒棱鏡(5)，并得到出射的應(yīng)用測試光束； 4)利用溫度控制電路系統(tǒng)對所述混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室進(jìn)行溫度控制，達(dá)到濾光器的效果在420nm、455nm、780nm、795nm、852nm、894nm波長處協(xié)同最優(yōu)的效果; 5)調(diào)節(jié)優(yōu)化磁場源的大小與梯度，達(dá)到濾光器的效果在420nm、455nm、780nm、795nm、852nm、894nm波長處協(xié)同最優(yōu)的效果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合氣體多波段原子濾光器方法，其特征在于:步驟I)中所述混合銣原子和銫原子玻璃氣室(3)內(nèi)充入銣原子氣體與銫原子氣體，同時(shí)混充惰性氣體。
【文檔編號(hào)】G02B27/28GK104297950SQ201410571828
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】畢崗 申請人:浙江大學(xué)城市學(xué)院