本發(fā)明涉及一種構(gòu)建濾頻反射鏡的方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

平面反射鏡是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的一種光學(xué)器件，主要用于改變光的傳播方向或光強(qiáng)大小。根據(jù)波長(zhǎng)范圍，可將平面反射鏡分為單波長(zhǎng)反射鏡和寬帶反射鏡；根據(jù)反射率大小，可分為全反鏡，50/50分束器、減反鏡和任意反射率的反射鏡；根據(jù)反射角度，可分為0度反射鏡、45度反射鏡等。

現(xiàn)有技術(shù)中的平面反射鏡主要是通過(guò)在鏡片表面鍍膜來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但鍍膜后，一般只能滿足一種條件的需求，功能相對(duì)單一。例如，將一束由全反鏡反射的光變換為半透半反時(shí)，則需要將全反鏡更換為50/50分束器，也可以利用波片和偏振棱鏡等光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)上述功能，但增加了光路中的器件數(shù)，調(diào)節(jié)繁瑣，不利于系統(tǒng)的集成。另外更重要的一點(diǎn)是，在一些實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)一束光中的頻率進(jìn)行選擇，但因傳統(tǒng)的光學(xué)器件的鍍膜精度只能達(dá)到納米量級(jí)，無(wú)法對(duì)頻率在兆赫茲量級(jí)的光進(jìn)行選擇，因此現(xiàn)有的光學(xué)器件不具備頻率篩選功能。雖然可以利用諧振腔技術(shù)進(jìn)行頻率選擇，但涉及到鎖腔、穩(wěn)頻等技術(shù)，系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求苛刻，操作難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的平面反射鏡不具備頻率篩選功能、利用諧振腔技術(shù)進(jìn)行頻率選擇存在的系統(tǒng)復(fù)雜和操作難度大的技術(shù)問(wèn)題，提供一種構(gòu)建濾頻反射鏡的方法及設(shè)備。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種構(gòu)建濾頻反射鏡的方法，包括如下步驟：

1)在熱堿金屬原子汽室兩側(cè)的光路入射口處分別設(shè)置第一偏振分光棱鏡和第二偏振分光棱鏡，在第一偏振分光棱鏡和第二偏振分光棱鏡任意一側(cè)的光路入射口處設(shè)置第一45°全反鏡，使信號(hào)光相對(duì)耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室；

2)將兩束頻率、偏振和功率相同的耦合光分別經(jīng)第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡折射后對(duì)向共線穿過(guò)熱堿金屬原子汽室，在熱堿金屬原子汽室內(nèi)形成駐波；將另一束頻率連續(xù)變化的信號(hào)光經(jīng)第一45°全反鏡反射后相對(duì)耦合光方向以小于0.6°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室；當(dāng)信號(hào)光頻率掃描至和耦合光的頻率滿足雙光子共振躍遷條件時(shí)，產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，同時(shí)反向產(chǎn)生一束頻率相同的四波混頻信號(hào)光，該四波混頻信號(hào)光的反射方向與耦合光方向形成的反射角和信號(hào)光相對(duì)于耦合光的入射角大小相同，方向相反，入射的其他頻率成分的信號(hào)光沿原入射方向穿過(guò)熱堿金屬原子汽室，從而實(shí)現(xiàn)濾頻反射鏡功能。

進(jìn)一步地，所述熱堿金屬原子汽室中充有銫原子蒸汽；所述耦合光為波長(zhǎng)894.5nm且可連續(xù)調(diào)諧的激光，其頻率作用于銫原子D1線基態(tài)F_g＝4至激發(fā)態(tài)F_e＝4的能級(jí)躍遷；所述信號(hào)光為波長(zhǎng)894.5nm且可連續(xù)調(diào)諧的激光，其頻率作用于銫原子D1線基態(tài)F_g＝3至激發(fā)態(tài)F_e＝4的能級(jí)躍遷且連續(xù)掃描，耦合光、信號(hào)光與銫原子作用形成Λ型電磁誘導(dǎo)透明能級(jí)結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)光相對(duì)于耦合光方向的入射角θ為0.43°。

一種使用上述構(gòu)建濾頻反射鏡方法的設(shè)備，包括濾頻反射鏡系統(tǒng)、信號(hào)光系統(tǒng)和探測(cè)系統(tǒng)；

所述濾頻反射鏡系統(tǒng)包括第一半導(dǎo)體激光器、第一光隔離器、分束器、第一半波片、第二45°全反鏡、第二半波片、和由第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡、熱堿金屬原子汽室和第一45°全反鏡構(gòu)成的濾頻反射鏡，第一半導(dǎo)體激光器為耦合光光源，第一半導(dǎo)體激光器的出射光路上依次設(shè)有第一光隔離器和分束器，分束器透射的光路上依次設(shè)有第一半波片和第一偏振分光棱鏡，分束器反射的光路上設(shè)有第二45°全反鏡，第二45°全反鏡的反射光路上依次設(shè)有第二半波片和第二偏振分光棱鏡，第一偏振分光棱鏡和第二偏振分光棱鏡的反射光路上設(shè)有熱堿金屬原子汽室，在第一偏振分光棱鏡的光路入射口處設(shè)置第一45°全反鏡使信號(hào)光相對(duì)耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室；

所述信號(hào)光系統(tǒng)包括第二半導(dǎo)體激光器、第二光隔離器、第三半波片和第三偏振分光棱鏡，第二半導(dǎo)體激光器為信號(hào)光光源，第二半導(dǎo)體激光器的出射光路上順次設(shè)有第二光隔離器、第三半波片和第三偏振分光棱鏡；

所述探測(cè)系統(tǒng)包括第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器和數(shù)字存儲(chǔ)示波器，第一光電探測(cè)器設(shè)在經(jīng)第一45°全反鏡反射并依次穿過(guò)熱堿金屬原子汽室和第二偏振分光棱鏡的光路上，第二光電探測(cè)器設(shè)在反向穿過(guò)第一偏振分光棱鏡的四波混頻信號(hào)反射光的光路上，第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器的信號(hào)輸出端共同連接有數(shù)字存儲(chǔ)示波器。

進(jìn)一步地，所述設(shè)備還包括控溫儀，所述控溫儀設(shè)在熱堿金屬原子汽室的外圍用于控制和顯示熱堿金屬原子汽室的溫度，熱堿金屬原子汽室的溫度為30-70攝氏度。

進(jìn)一步地，所述熱堿金屬原子汽室的溫度為64攝氏度。

進(jìn)一步地，所述熱堿金屬原子汽室的兩端端面鍍有相對(duì)波長(zhǎng)為894.5nm的增透膜，熱堿金屬原子汽室的側(cè)面裹有3層μ箔。

進(jìn)一步地，第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器分別經(jīng)第一BNC導(dǎo)線和第二BNC導(dǎo)線連接至數(shù)字存儲(chǔ)示波器，用來(lái)顯示探測(cè)信號(hào)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器的觸發(fā)信號(hào)由第二半導(dǎo)體激光器提供。

進(jìn)一步地，所述濾頻反射鏡的反射率可通過(guò)調(diào)節(jié)第二半波片來(lái)調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)反射率連續(xù)可調(diào)、反射效率高和寬帶寬的濾頻反射鏡裝置，該裝置在多通道量子信息存儲(chǔ)、量子邏輯門(mén)操作及全光開(kāi)關(guān)等研究領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1、本發(fā)明具有頻率選擇作用：即在駐波耦合光條件下，與耦合光頻率滿足雙光子共振條件的頻率的信號(hào)光可以被反射，而其他頻率成分的信號(hào)光則繼續(xù)透射出介質(zhì)，因此起到了濾頻選擇作用；

2、本發(fā)明構(gòu)建的濾頻反射鏡的反射率能夠連續(xù)變化：即通過(guò)調(diào)節(jié)后向耦合光的強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入射信號(hào)光的連續(xù)控制，使其反射率從0連續(xù)變化至最大；

3、本發(fā)明構(gòu)建的濾頻反射鏡具有40％-60％的反射效率；

4、本發(fā)明裝置核心系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于小型化集成化；

5、本發(fā)明的方法可推廣至其他光與三能級(jí)原子相互作用的系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明濾頻反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-第一半導(dǎo)體激光器，2-第一光隔離器，3-分束器，4-第一半波片，5-第一偏振分光棱鏡，6-第二45°全反鏡，7-第二半波片，8-第二偏振分光棱鏡，9-熱堿金屬原子汽室，10-控溫儀，11-第二半導(dǎo)體激光器，12-第二光隔離器，13-第三半波片，14-第三偏振分光棱鏡，15-第一45°全反鏡，16-第一光電探測(cè)器，17-第二光電探測(cè)器，18-第一BNC線，19-第二BNC線，20-數(shù)字存儲(chǔ)示波器；

圖3是本發(fā)明中光場(chǎng)作用銫原子能級(jí)躍遷示意圖；

圖4是本發(fā)明中在改變后向耦合場(chǎng)功率條件下，歸一化的透射信號(hào)強(qiáng)度譜圖；

圖5是本發(fā)明中在改變后向耦合場(chǎng)功率條件下，歸一化的反射信號(hào)強(qiáng)度譜圖；

圖6是本發(fā)明濾頻反射鏡的反射效率隨信號(hào)光入射角度的變化趨勢(shì)圖；

圖7是本發(fā)明濾頻反射鏡的反射效率隨銫原子汽室溫度變化的變化趨勢(shì)圖；

圖8是本發(fā)明中不同耦合光頻率失諧下的反射信號(hào)譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)施例中的一種構(gòu)建濾頻反射鏡的方法，包括如下步驟：

1)在熱堿金屬原子汽室9兩側(cè)的光路入射口處分別設(shè)置第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡8，在第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡8任意一側(cè)的光路入射口處設(shè)置第一45°全反鏡15使信號(hào)光相對(duì)耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9；

2)將兩束頻率、偏振和功率相同的耦合光分別經(jīng)第一偏振分光棱鏡5、第二偏振分光棱鏡8折射后對(duì)向共線穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9，在熱堿金屬原子汽室9內(nèi)形成駐波；將另一束頻率連續(xù)變化的信號(hào)光經(jīng)第一45°全反鏡15反射后相對(duì)耦合光方向以小于0.6°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9；當(dāng)信號(hào)光頻率掃描至和耦合光的頻率滿足雙光子共振躍遷條件時(shí)，產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，同時(shí)反向產(chǎn)生一束頻率相同的四波混頻信號(hào)光，該四波混頻信號(hào)光的反射方向與耦合光方向形成的反射角和信號(hào)光相對(duì)于耦合光的入射角大小相同、方向相反，入射的其他頻率成分的信號(hào)光沿原入射方向穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9，從而實(shí)現(xiàn)濾頻反射鏡功能。

如圖2所示，一種使用上述實(shí)施例中構(gòu)建濾頻反射鏡的方法的設(shè)備，其特征在于：包括濾頻反射鏡系統(tǒng)、信號(hào)光系統(tǒng)和探測(cè)系統(tǒng)；

所述濾頻反射鏡系統(tǒng)包括第一半導(dǎo)體激光器1、第一光隔離器2、分束器3、第一半波片4、第二45°全反鏡6、第二半波片7和由第一偏振分光棱鏡5、第二偏振分光棱鏡8、熱堿金屬原子汽室9和第一45°全反鏡15構(gòu)成的濾頻反射鏡，第一半導(dǎo)體激光器1為耦合光光源，第一半導(dǎo)體激光器1的出射光路上依次設(shè)有第一光隔離器2和分束器3，分束器3透射的光路上依次設(shè)有第一半波片4和第一偏振分光棱鏡5，分束器3反射的光路上設(shè)有第二45°全反鏡6，第二45°全反鏡6的反射光路上依次設(shè)有第二半波片7和第二偏振分光棱鏡8，第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡8的反射光路上設(shè)有內(nèi)充堿金屬原子介質(zhì)的熱堿金屬原子汽室9，在第一偏振分光棱鏡5的光路入射口處設(shè)置第一45°全反鏡15使信號(hào)光相對(duì)耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9；

所述信號(hào)光系統(tǒng)包括第二半導(dǎo)體激光器11、第二光隔離器12、第三半波片13和第三偏振分光棱鏡14，第二半導(dǎo)體激光器11為信號(hào)光光源，第二半導(dǎo)體激光器11的出射光路上順次設(shè)有第二光隔離器12、第三半波片13和第三偏振分光棱鏡14；

所述探測(cè)系統(tǒng)包括第一光電探測(cè)器16、第二光電探測(cè)器17和數(shù)字存儲(chǔ)示波器20，第一光電探測(cè)器16設(shè)在經(jīng)第一45°全反鏡15反射并依次穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9和第二偏振分光棱鏡8的光路上，第二光電探測(cè)器17設(shè)在反向穿過(guò)第一偏振分光棱鏡5的四波混頻信號(hào)反射光的光路上，第一光電探測(cè)器16和第二光電探測(cè)器17的信號(hào)輸出端共同連接有數(shù)字存儲(chǔ)示波器20。

所述設(shè)備還包括控溫儀10，所述控溫儀10設(shè)在熱堿金屬原子汽室9的外周用于控制和顯示熱堿金屬原子汽室9的溫度，熱堿金屬原子汽室9的溫度為30-70攝氏度。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中的一種構(gòu)建濾頻反射鏡的方法，包括如下步驟：1)在充有銫原子蒸汽的熱堿金屬原子汽室9兩側(cè)的光路入射口處分別設(shè)置第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡8，在第一偏振分光棱鏡5的光路入射口處設(shè)置第一45°全反鏡15，調(diào)節(jié)第一45°全反鏡15使信號(hào)光相對(duì)耦合光方向能以0.43°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9；2)將兩束頻率和偏振相同、功率20毫瓦、波長(zhǎng)894.5nm且可連續(xù)調(diào)諧的耦合光分別經(jīng)第一偏振分光棱鏡5、第二偏振分光棱鏡8反射后對(duì)向共線穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9，兩束耦合光的頻率作用于銫原子D1線基態(tài)F_g＝4至激發(fā)態(tài)F_e＝4的能級(jí)躍遷，在熱堿金屬原子汽室9內(nèi)形成駐波；將另一束頻率連續(xù)變化、功率300微瓦、波長(zhǎng)894.5nm且可連續(xù)調(diào)諧的信號(hào)光經(jīng)第一45°全反鏡15折射后相對(duì)耦合光方向以0.43°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9，信號(hào)光的頻率作用于銫原子D1線基態(tài)F_g＝3至激發(fā)態(tài)F_e＝4的能級(jí)躍遷且連續(xù)掃描，在耦合光、信號(hào)光與銫原子作用下形成Λ型電磁誘導(dǎo)透明能級(jí)結(jié)構(gòu)；當(dāng)信號(hào)光頻率掃描至和耦合光的頻率滿足雙光子共振躍遷條件時(shí)，產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，同時(shí)反向產(chǎn)生一束頻率相同的四波混頻信號(hào)光，該四波混頻信號(hào)光的反射方向與耦合光方向形成的反射角和信號(hào)光相對(duì)于耦合光的入射角大小相同、方向相反，入射的其他頻率成分的信號(hào)光沿原入射方向穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9，從而實(shí)現(xiàn)濾頻反射鏡功能。

使用上述施例中構(gòu)建濾頻反射鏡方法的設(shè)備，包括濾頻反射鏡系統(tǒng)、信號(hào)光系統(tǒng)和探測(cè)系統(tǒng)；

所述濾頻反射鏡系統(tǒng)包括第一半導(dǎo)體激光器1、第一光隔離器2、50/50分束器3、第一半波片4、第二45°全反鏡6、第二半波片7、溫控儀10和由第一偏振分光棱鏡5、第二偏振分光棱鏡8、熱堿金屬原子汽室9和第一45°全反鏡15構(gòu)成的濾頻反射鏡，采用輸出波長(zhǎng)為894.5nm、頻率可連續(xù)調(diào)諧的第一半導(dǎo)體激光器1作為耦合光光源，第一半導(dǎo)體激光器1的出射光路上依次設(shè)有第一光隔離器2和50/50分束器3，耦合光經(jīng)第一光隔離器2和50/50分束器3后分成功率相同的兩束光，分束器3透射的光路上依次設(shè)有第一半波片4和第一偏振分光棱鏡5，分束器3反射的光路上設(shè)有第二45°全反鏡6，透過(guò)50/50分束器3和第一半波片4并經(jīng)第一偏振分光棱鏡5反射的耦合光為前向耦合光，經(jīng)分束器3反射的光為后向耦合光，在后向耦合光路上設(shè)有第二45°全反鏡6，第二45°全反鏡6的反射光路上依次設(shè)有第二半波片7和第二偏振分光棱鏡8，第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡8的反射光路上設(shè)有內(nèi)充銫原子介質(zhì)的熱堿金屬原子汽室9，在熱堿金屬原子汽室9的外圍設(shè)有溫控儀10；前向耦合光和后向耦合光均來(lái)自第一半導(dǎo)體激光器1，因此兩束光頻率相同，偏振方向相同，通過(guò)調(diào)節(jié)第一半波片4和第二半波片7，使兩束光的功率相同，即P_c2＝P_c1＝20毫瓦，兩束光疊加形成駐波耦合場(chǎng)；在第一偏振分光棱鏡5的光路入射口處設(shè)置第一45°全反鏡15使信號(hào)光相對(duì)耦合光方向能以0.43°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9；

所述信號(hào)光系統(tǒng)包括第二半導(dǎo)體激光器11、二光隔離器12、第三半波片13和第三偏振分光棱鏡14，采用輸出波長(zhǎng)為894.5nm、頻率可連續(xù)調(diào)諧的第二半導(dǎo)體激光器11作為信號(hào)光光源，第二半導(dǎo)體激光器11的出射光路上順次設(shè)有第二光隔離器12、第三半波片13和第三偏振分光棱鏡14；第二半導(dǎo)體激光器11發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第二光隔離器12、第三半波片13和第三偏振分光棱鏡14，經(jīng)第三偏振分光棱鏡14透射的水平偏振的光作為信號(hào)光，通過(guò)調(diào)節(jié)第三半波片13使信號(hào)光的功率P_s＝300微瓦；通過(guò)調(diào)節(jié)第一45°全反鏡15使穿過(guò)第一偏振分光棱鏡5的信號(hào)光相對(duì)于對(duì)耦合光方向以0.43°的入射角進(jìn)入熱堿金屬原子汽室9，并從第二偏振分光棱鏡8透射進(jìn)入第一光電探測(cè)器16；

所述探測(cè)系統(tǒng)包括第一光電探測(cè)器16、第二光電探測(cè)器17和數(shù)字存儲(chǔ)示波器20；第一光電探測(cè)器16設(shè)在經(jīng)第一45°全反鏡15反射并依次穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9和第二偏振分光棱鏡8的光路上，第一光電探測(cè)器16對(duì)透過(guò)熱堿金屬原子汽室9的信號(hào)光進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)也監(jiān)測(cè)經(jīng)第一半導(dǎo)體激光器發(fā)出的耦合光的頻率失諧Δ_c；第二光電探測(cè)器17設(shè)在反向穿過(guò)第一偏振分光棱鏡5的四波混頻信號(hào)反射光的光路上，用來(lái)探測(cè)反射的四波混頻信號(hào)強(qiáng)度隨信號(hào)光頻率失諧的變化；第一光電探測(cè)器16和第二光電探測(cè)器17的信號(hào)輸出端分別通過(guò)第一BNC線18和第二BNC線19連接至數(shù)字存儲(chǔ)示波器20的信號(hào)輸入端，兩個(gè)光電探測(cè)器均為直流探測(cè)器，且性能參數(shù)完全相同，探測(cè)到的信號(hào)分別通過(guò)BNC導(dǎo)線輸入數(shù)字存儲(chǔ)示波器20中顯示和采集數(shù)據(jù)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器20的觸發(fā)信號(hào)由第二半導(dǎo)體激光器11提供。

本實(shí)施例中，熱堿金屬原子汽室9的長(zhǎng)度為75mm，在熱堿金屬原子汽室9的兩端端面鍍有波長(zhǎng)為894.5nm的增透膜，可減少透射和反射信號(hào)光在穿過(guò)汽室時(shí)由玻璃表面產(chǎn)生的反射損耗，同時(shí)在熱堿金屬原子汽室9的側(cè)面裹有3層μ箔，可屏蔽外界磁場(chǎng)對(duì)汽室內(nèi)介質(zhì)能級(jí)的影響；熱堿金屬原子汽室9的溫度為64攝氏度。

圖3為光場(chǎng)作用于銫原子能級(jí)躍遷的示意圖。圖中，前向耦合光頻率ω_c1和后向耦合光頻率ω_c2相同，即ω_c1＝ω_c2，將兩個(gè)耦合光的頻率鎖定在銫原子D1線基態(tài)6²S_1/2，F(xiàn)_g＝4至激發(fā)態(tài)6²P_1/2，F(xiàn)_e＝4的能級(jí)躍遷附近，耦合光相對(duì)原子共振中心的頻率失諧為Δ_c，Δ_c＝ω_c1-ω₄₄，ω₄₄為銫原子能級(jí)F_g＝4到F_e＝4的躍遷頻率；信號(hào)光頻率在銫原子D1線基態(tài)6²S_1/2，F(xiàn)_g＝3至激發(fā)態(tài)6²P_1/2，F(xiàn)_e＝4的共振中心掃描，信號(hào)光相對(duì)原子共振中心的頻率失諧為Δ_s，Δ_s＝ω_s-ω₃₄，ω₃₄為銫原子能級(jí)F_g＝3到F_e＝4的躍遷頻率，信號(hào)光和耦合光與原子相互作用，形成了Λ型三能級(jí)電磁誘導(dǎo)透明能級(jí)結(jié)構(gòu)。

圖4為在本實(shí)施例的條件下，改變后向耦合光功率時(shí)，信號(hào)光的歸一化透射信號(hào)強(qiáng)度譜圖。圖中：(1)為后向耦合光功率P_c2＝0時(shí)，信號(hào)光的歸一化透射信號(hào)強(qiáng)度T隨信號(hào)光頻率失諧Δ_s的變化曲線；(2)為后向耦合光功率等于前向耦合光功率一半,即P_c2＝0.5P_c1時(shí)，信號(hào)光的歸一化透射信號(hào)強(qiáng)度T隨信號(hào)光頻率失諧Δ_s的變化曲線；(3)為后向耦合光功率等于前向耦合光功率,即P_c2＝P_c1時(shí)，信號(hào)光的歸一化透射信號(hào)強(qiáng)度T隨信號(hào)光頻率失諧Δ_s的變化曲線；信號(hào)光的歸一化透射信號(hào)強(qiáng)度T＝經(jīng)第一光電探測(cè)器16探測(cè)到透射信號(hào)光強(qiáng)度/經(jīng)第一45°反射鏡15反射進(jìn)入銫原子汽室9的信號(hào)光強(qiáng)度；信號(hào)光頻率在銫原子D1線基態(tài)6²S_1/2，F(xiàn)_g＝3至激發(fā)態(tài)6²P_1/2，F(xiàn)_e＝4的能級(jí)躍遷中心附近掃描；通過(guò)調(diào)節(jié)第二半導(dǎo)體激光器11的電壓使信號(hào)光頻率失諧Δ_s＝0時(shí),圖4中的(1)、(2)和(3)曲線均出現(xiàn)峰值，(1)中峰值最大，說(shuō)明后向耦合光功率P_c2＝0時(shí)，透射的信號(hào)光最多，(3)為負(fù)峰，說(shuō)明P_c2＝P_c1時(shí)，透射的信號(hào)光最少。

圖5為在圖4的基礎(chǔ)上，改變后向耦合場(chǎng)功率條件，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度譜。圖中：(1)為后向耦合光功率P_c2＝0時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧Δ_s的變化曲線；(2)為后向耦合光功率P_c2＝0.5P_c1時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧Δ_s的變化曲線；(3)為后向耦合光功率P_c2＝P_c1時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧Δ_s的變化曲線；四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R＝經(jīng)第二光電探測(cè)器17探測(cè)到的四波混頻信號(hào)光的反射信號(hào)強(qiáng)度/經(jīng)第一45°反射鏡15反射進(jìn)入銫原子汽室9的信號(hào)光強(qiáng)度。由圖5可知，當(dāng)后向耦合光功率P_c2＝0時(shí)，入射的信號(hào)光從銫原子汽室9透射而出，此時(shí)無(wú)四波混頻反射信號(hào)產(chǎn)生，原子介質(zhì)系統(tǒng)對(duì)于頻率滿足雙光子共振的信號(hào)光是透明的；調(diào)節(jié)第二半波片7，使后向耦合光功率逐漸增大時(shí)，在雙光子共振中心附近，四波混頻信號(hào)的反射方向上逐漸產(chǎn)生反射信號(hào)并逐漸增強(qiáng)，當(dāng)P_c2＝0.5P_c1時(shí)，此時(shí)的原子介質(zhì)相對(duì)于雙光子共振附近的信號(hào)，就如同一半透半反鏡；當(dāng)P_c2＝P_c1時(shí)，四波混頻反射信號(hào)的強(qiáng)度達(dá)到最大，說(shuō)明此時(shí)銫原子介質(zhì)對(duì)雙光子共振中心的信號(hào)光的反射率達(dá)到最大，相當(dāng)于全反鏡。

由圖4和圖5可以看出，當(dāng)信號(hào)光頻率和耦合光頻率滿足雙光子共振條件時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)第二半波片7來(lái)控制后向耦合光的功率大小，可以改變?yōu)V頻反射鏡對(duì)信號(hào)光的反射率(透射率)，且當(dāng)P_c2＝P_c1時(shí)，該濾頻反射鏡的反射率最大。而對(duì)其他頻率成分的信號(hào)光不產(chǎn)生任何影響，從而實(shí)現(xiàn)了反射率連續(xù)可調(diào)的濾頻反射功能。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中的一種構(gòu)建濾頻反射鏡的方法與實(shí)施例1中的相同，其中第一45°全反鏡15使信號(hào)光相對(duì)耦合光方向以0.14°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9，耦合光的功率為30毫瓦，信號(hào)光的功率P_s＝400微瓦。

使用上述施例中構(gòu)建濾頻反射鏡方法的設(shè)備與實(shí)施例1中的相同，其中熱堿金屬原子汽室9的溫度為30攝氏度。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中的一種構(gòu)建濾頻反射鏡的方法與實(shí)施例1中的相同，其中第一45°全反鏡15使信號(hào)光相對(duì)耦合光方向以0.6°的入射角入射穿過(guò)熱堿金屬原子汽室9，耦合光的功率為5毫瓦，信號(hào)光的功率P_s＝500微瓦。

使用上述施例中構(gòu)建濾頻反射鏡方法的設(shè)備與實(shí)施例1中的相同，其中熱堿金屬原子汽室9的溫度為70攝氏度。

上述實(shí)施例中的熱堿金屬原子汽室9內(nèi)充有銫原子蒸汽，所述銫原子也可用銣、鈉等其他堿金屬代替。只要是具有多能級(jí)系統(tǒng)的原子，并且具有激發(fā)對(duì)應(yīng)能級(jí)躍遷的相干激光光源，形成Λ型三能級(jí)躍遷結(jié)構(gòu)，都可以在本發(fā)明所述方法下實(shí)現(xiàn)濾頻反射鏡功能。

圖6為在銫原子汽室9的長(zhǎng)度為75mm、溫度為30℃、注入銫原子汽室9的前向耦合光和后向耦合光功率均為20毫瓦、信號(hào)光功率為300微瓦、耦合光頻率失諧Δ_c＝0的條件下，本發(fā)明濾頻反射鏡的反射效率隨信號(hào)光入射角度的變化趨勢(shì)圖。濾頻反射鏡的反射效率是指在該濾頻反射鏡的反射率等于1時(shí)，四波混頻信號(hào)光的反射信號(hào)強(qiáng)度與入射信號(hào)光強(qiáng)的比值，可通過(guò)四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)峰值R來(lái)反映。由圖6可知，改變信號(hào)光的入射角，該濾頻反射鏡對(duì)信號(hào)光的反射效率也隨之改變，當(dāng)信號(hào)光入射角為0.43°時(shí)，反射效率最大。這是因?yàn)楫a(chǎn)生該反射信號(hào)的四波混頻過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律，當(dāng)信號(hào)光和耦合光的頻率作用于原子能級(jí)躍遷時(shí)，該角度下的反射效率最大。當(dāng)信號(hào)光和耦合光作用于不同的原子能級(jí)系統(tǒng)或選擇不同的原子介質(zhì)時(shí)，最佳的入射角度也不同。

圖7為在銫原子汽室9的長(zhǎng)度為75mm、注入銫原子汽室9的前向耦合光和后向耦合光功率均為20毫瓦、信號(hào)光功率為300微瓦和耦合光頻率失諧Δ_c＝0的條件下，本發(fā)明濾頻反射鏡的反射效率隨銫原子汽室溫度變化的變化趨勢(shì)圖；反射效率通過(guò)四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)峰值R來(lái)反映。圖中：(1)為信號(hào)光入射角θ＝0.43°時(shí)，濾頻反射鏡的反射效率隨熱堿金屬原子汽室的溫度變化的變化趨勢(shì)；(2)為信號(hào)光入射角θ＝0.28°時(shí)，濾頻反射鏡的反射效率隨熱堿金屬原子汽室9的溫度變化的變化趨勢(shì)；(3)為信號(hào)光入射角θ＝0.57°時(shí)，濾頻反射鏡的反射效率隨熱堿金屬原子汽室的溫度變化的變化趨勢(shì)。由圖7可知，當(dāng)信號(hào)光入射角θ＝0.43°，反射效率最大，當(dāng)入射角大于或小于0.43°時(shí)，反射效率均有所下降；隨著溫度的升高，不同入射角度下的反射效率均有所提升，且在銫原子汽室9的溫度達(dá)到64℃左右時(shí)，不同入射角度下的反射效率均達(dá)到最大值。當(dāng)熱銫原子汽室9的溫度達(dá)為64℃，信號(hào)光入射角θ＝0.43°時(shí)，反射效率約60％，當(dāng)θ＝0.28°時(shí)，反射效率約57％，θ＝0.57°時(shí)，反射效率約45％，說(shuō)明在銫原子汽室9溫度較高時(shí)，以入射角0.43°為中心，正負(fù)約0.2°范圍內(nèi)，均能獲得反射效率超過(guò)40％的反射譜信號(hào)。

圖8為在銫原子汽室9的長(zhǎng)度為75mm、溫度為35℃、注入銫原子汽室9的前向耦合光和后向耦合光功率為P_c1＝P_c2＝20毫瓦、信號(hào)光的功率為P_s＝300微瓦、信號(hào)光入射角θ＝0.43°的條件下，不同耦合光頻率失諧下的反射信號(hào)譜圖。圖中：(1)為耦合光頻率失諧Δ_c＝8MHz時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧的變化曲線；(2)為耦合光頻率失諧Δ_c＝41.4MHz時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧的變化曲線；(3)為耦合光頻率失諧Δ_c＝82.3MHz時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧的變化曲線；(4)為耦合光頻率失諧Δ_c＝123.3MHz時(shí)，四波混頻信號(hào)的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧的變化曲線；(5)為耦合光頻率失諧Δ_c＝-16.7MHz時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧的變化曲線；(6)為耦合光頻率失諧Δ_c＝-45.8MHz時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧的變化曲線；(7)為耦合光頻率失諧Δ_c＝-81MHz時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧的變化曲線；(8)為耦合光頻率失諧Δ_c＝-126.9MHz時(shí)，四波混頻信號(hào)光的歸一化反射信號(hào)強(qiáng)度R隨信號(hào)光頻率失諧的變化曲線。由圖8可知，產(chǎn)生的四波混頻反射信號(hào)峰的頻率位置會(huì)隨著耦合光的頻率失諧Δ_c移動(dòng)，但始終滿足雙光子共振條件，即信號(hào)光頻率失諧量Δ_s＝耦合光頻率失諧量Δ_c。同時(shí)當(dāng)耦合光頻率失諧Δ_c較大時(shí)，產(chǎn)生的反射信號(hào)的峰值效率會(huì)逐漸降低，但在耦合光頻率失諧在正負(fù)120MHz范圍內(nèi)，依然可以獲得反射效率達(dá)到40％的反射信號(hào)，說(shuō)明該反射鏡可以獲得寬頻譜范圍的反射效率較高的濾頻反射信號(hào)。耦合光頻率失諧Δ_c可通過(guò)調(diào)節(jié)第一半導(dǎo)體激光器1的電壓來(lái)調(diào)節(jié)，通過(guò)改變第一激光器1的輸出功率，即駐波耦合光的總功率，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)濾頻反射鏡反射效率的連續(xù)控制。

本發(fā)明中還可通過(guò)調(diào)節(jié)第三半波片13來(lái)改變輸入信號(hào)光的強(qiáng)度，來(lái)調(diào)節(jié)濾頻反射鏡的反射效率。通過(guò)改變第一激光器1的輸出功率，即駐波耦合光的總功率，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)濾頻反射鏡反射效率的連續(xù)控制，在耦合光功率為5-30毫瓦，信號(hào)光功率為50-500微瓦的范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的原理為：四波混頻效應(yīng)是基于原子相干效應(yīng)產(chǎn)生波混頻信號(hào)的過(guò)程，具體是指一對(duì)強(qiáng)的駐波耦合場(chǎng)作用于原子介質(zhì)時(shí)，使原子介質(zhì)對(duì)信號(hào)光的折射率產(chǎn)生周期性的調(diào)制，同時(shí)提高了介質(zhì)的三階非線性極化率，當(dāng)信號(hào)光頻率與耦合光滿足雙光子共振時(shí)，原子介質(zhì)對(duì)該頻率成分的信號(hào)光產(chǎn)生受激吸收，并通過(guò)受激輻射躍遷形式產(chǎn)生第四束光，即四波混頻信號(hào)，能量守恒決定了新產(chǎn)生光的頻率與被吸收的入射信號(hào)光相同，而頻率不滿足雙光子共振條件的這部分信號(hào)光則不會(huì)被受激吸收，沿原傳播方向繼續(xù)傳播，但會(huì)受到二能級(jí)原子的共振吸收及熱原子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒吸收效應(yīng)；滿足動(dòng)量守恒的相位匹配條件決定了第四束光會(huì)以入射光相對(duì)耦合光方向?qū)ΨQ(chēng)反向射出，從而形成了濾頻反射鏡效應(yīng)。