[发明专利]一种单透射峰原子滤光器及滤光方法

说明书

技术领域

本发明属于原子滤光技术和激光技术领域，涉及一种原子滤光器，尤其涉及一种单透射峰原子滤光器以及使用该滤光器进行滤光的方法。

背景技术

原子滤光器由于其窄线宽、特定选频、体积小、结构紧凑、可长期稳定等优点，在大气激光通信、空间通信、激光光谱、激光技术、量子信息、计量、生物、医学、基础实验等方面有着广泛应用。目前国际上利用碱金属铯、铷、钾等原子基态做出的原子滤光器多是利用没有缓冲气体填充的纯元素泡，得到的透射谱都是多峰的。为了得到单透射峰的原子滤光器，其器件结构都比较复杂，如利用多个工作于不同温度和不同磁场的原子滤光器系统级联而成，或者在原子滤光器后另加一个带高磁场的高温吸收室来实现单透射峰。此外，有的原子滤光器利用原子激发态间跃迁，虽然可以得到单透射峰，但需要一个或几个泵浦激光器等设备支持，成本很高；其泵浦激光稳频系统也不容易做到长期稳定，而且设备较大，不方便携带和移动。综合来看，在现有技术中，小体积原子滤光器等效噪声太宽，而等效噪声窄的原子滤光器设备体积较大成本高，不能很好地满足一些较高要求或特定要求的应用需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种利用充满惰性气体的碱金属原子泡实现的单透射峰原子滤光器，以及应用该滤光器进行滤光的方法，可长期稳定地工作。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单透射峰原子滤光器，其包括：

一碱金属原子泡，其内充有惰性气体；

两个偏振片，分别位于所述碱金属原子泡两侧且正对所述碱金属原子泡；所述两个偏振片的偏振方向互相垂直；

一磁场源，用于对所述碱金属原子泡产生一均匀磁场，所述均匀磁场的磁场方向平行或垂直于光传播方向；以及

一温度控制系统，用于控制所述碱金属原子泡的温度。

进一步地，所述磁场源是永磁体或螺旋线圈；所述原子泡的材质为玻璃或石英；所述偏振片的材质为玻璃或石英；所述温度控制系统采用加热丝或加热芯片加热，采用热敏电阻或热电偶测温。

进一步地，所述单透射峰原子滤光器还包括一外壳，用于固定上述各元件并屏蔽外界电磁干扰。

一种应用上述单透射峰原子滤光器进行滤光的方法，其步骤包括：

1)利用一充有惰性气体的碱金属原子泡、两个偏振片、一磁场源和一温度控制系统组建上述原子滤光器；

2)调节所述两个偏振片的偏振方向至互相垂直，对入射光进行选光；

3)利用温度控制系统对所述碱金属原子泡进行温度控制；

4)利用碱金属原子在均匀磁场中的法拉第反常色散效应对入射光进行旋光，获得单透射峰光谱。

本发明利用了惰性气体和碱金属气体混杂后实现的法拉第反常色散效应。通过螺旋线圈或永磁体等磁场源产生均匀磁场，作为充有惰性气体的碱金属原子蒸气周围的磁场环境，使激光与原子相互作用时，改变激光偏振方向，产生旋光效应。利用两块偏振片限定激光透射偏振方向，选出特定频率光波，达到频率上选光目的。通过一个温度控制系统对工作时碱金属原子蒸汽温度进行控制，使系统一直处于良好的工作状态。加上系统外壳的设计，可以屏蔽掉外界电磁干扰，保证透过光为所需信号，信噪比较高。本发明的单透射峰滤光器，设计原理明晰，结构简单，易于制造，滤光性能高，工作稳定，寿命长；所获得的窄线宽单透射峰光谱，对激光稳频、生物医学检测等领域具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例的单透射峰光谱的原子滤光器的结构示意图；

图2为应用本发明实施例的单透射峰原子滤光器进行滤光的流程图；其中：1.偏振片；2.永磁体；3.铷原子泡；4.永磁体；5.偏振片；6.温度控制系统。

图3为本发明实施例的单透射峰原子滤光器的实施效果示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明做进一步的说明。