[發明專利]混合氣體多波段原子濾光器及其方法

有效

• 申請號: 201410571828.2
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104297950A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 畢崗
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G02F1/09
• 分類號: G02F1/09;G02B27/28
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

技術領域

本發明屬于光頻原子濾光器技術和光學器件技術領域，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的原子濾光器及其方法。

背景技術

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點，在對信噪比要求較高時，如自由空間光通信、激光布里淵光譜與生物活體組織成像、激光雷達和遙感、激光單模穩頻、光頻原子鐘等不同科學研究和應用領域都有著重要應用。

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的譜線波長，因此在具體應用方面往往先確定好所需的波長及其對應原子，具有非常明確的一一對應特征。國內外已有的文章和專利報道等文獻信息中，原子濾光器都是用單一原子種類，結合確定的磁場和溫度參數，只能提供單一波長的濾光功能。然而，隨著科學技術的發展，以及不同應用場景需求的提高，越來越需要不同波長的激光提供確定的波長標準，這就需要有不同波長的濾光器。

發明內容

本發明的目的在于，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生法拉第反常色散效應，實現混合氣體多波段原子濾光器及其方法。

本發明的混合氣體多波段原子濾光器，包括：

一種基于混合氣體多波長原子濾光器，其包括：

一個具有混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室；

兩個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，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生充分的法拉第旋光作用；

一個穩定的磁場源，用于對所述混合堿金屬銣原子和銫原子玻璃氣室產生一強度變化的梯度磁場，所述梯度磁場的磁場方向平行于光傳播方向；以及

一個溫度控制電路系統，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定溫度。

作為優選：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，兩個格蘭泰勒棱鏡平行，其所在平面與光傳播方向垂直；兩個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，沒有光能從第二格蘭泰勒棱鏡出射。

作為優選：所述穩定的磁場源由第一環形永久磁鐵和第二環形永久磁鐵產生定態磁場，強度分布穩定的磁場沿光傳播方向。

作為優選：所述穩定的磁場源由螺旋線圈產生。

作為優選：所述溫度控制電路系統包括加熱部分和測溫部分，用于穩定系統工作時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行加熱，并保證沒有原子凝結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行溫度測量。

作為優選：所述光學器件材質為玻璃或石英。

作為優選：所述原子泡的材質為玻璃或石英。

作為優選：所述溫度控制電路系統用加熱絲或加熱芯片方式加熱，用熱敏電阻或熱電偶測溫。

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：

1)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；

2)調節優化好所述兩個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)將激光經過第一格蘭泰勒棱鏡，到達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，并得到出射的應用測試光束；

4)利用溫度控制電路系統對所述混合堿金屬銣原子和銫原子的玻璃氣室進行溫度控制，達到濾光器的效果在420nm、455nm、780nm、795nm、852nm、894nm波長處協同最優的效果；

5)調節優化磁場源的大小與梯度，達到濾光器的效果在420nm、455nm、780nm、795nm、852nm、894nm波長處協同最優的效果。

作為優選：步驟1)中所述混合銣原子和銫原子玻璃氣室內充入銣原子氣體與銫原子氣體，同時混充惰性氣體。