[发明专利]一种双光子原子滤光器及其过滤光信号的方法

说明书

本发明公布一种双光子原子滤光器及其过滤光信号的方法，双光子原子滤光器依次包括第一起偏器、第一磁体、铷泡、第二磁体和第二起偏器；还包括用于产生778nm泵浦激光的泵浦激光器、聚焦透镜和高反镜；第一、第二磁体产生一轴向静磁场，方向与铷泡的滤光方向平行；铷泡置于轴向静磁场内，轴向静磁场的方向与铷泡的滤光方向平行，由塞曼效应造成原子能级分裂，使得目标光信号经过所述原子滤光器过滤时，在泵浦光作用下在双光子跃迁谱位置产生透射峰，输出与泵浦光相同波段的光信号。本发明提供通带带宽窄，可应用在超高精密激光光谱稳频和新型光钟领域。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及一种利用原子的双光子跃迁在磁场中产生的反常色散现象进行滤光的原子滤光器及使用该滤光器过滤光信号的方法。

背景技术

光信号容易受杂散光的干扰，滤光器的作用就是屏蔽信号光频率以外的其他频率的干扰光，因此在特殊波长信号的获取应用上必不可少。利用原子色散效应的滤光器相比利用原子吸收效应的滤光器来说，具有响应速度快，透过率大的特点，相比现有的干涉滤光片以及双折射晶体滤光器来说又具有更窄的带宽，更好的边带抑制比，更大的视场角度，更大的透过率，并且工作频率在一定范围内可调谐，在光通信领域有着很大的发展优势。778纳米是铷原子的重要双光子跃迁谱线，对铷原子激光精密激光光谱和作为光通信波长倍频参考波长标准均有重要应用意义。对于778纳米波段来说，其能级5S1/2-5D5/2的跃迁频率分别是778.105nm(真空波长)，铷原子的这个778纳米跃迁属于双光子跃迁，其自然线宽只有300kHz左右，因此，铷原子的778纳米双光子跃迁是一个很好的选择。到目前为止，国际上所有的原子滤光器系统中，都是基于对原子的单光子共振光进行选频的，能实现的滤光器通带的带宽较宽，通带宽度一般在500MHz到2GHz附近。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种双光子原子滤光器及其过滤光信号的方法，基于对原子的双光子共振光进行选频，制备应用基于原子双光子跃迁的法拉第反常色散效应双光子原子滤光器，能实现的滤光器通带的带宽比现有的原子滤光器窄，可应用在超高精密激光光谱稳频和新型光钟领域。

本发明的原理是：由于铷原子对原泵浦激光的双光子共振吸收，由塞曼效应造成原子能级分裂，通过法拉第效应，使得目标光信号经过原子滤光器时，在泵浦激光作用下，对原子的双光子共振光进行选频，通过双光子原子滤光器的法拉第反常色散效应过滤光信号，在泵浦光的双光子跃迁谱位置产生透射峰，目标光信号经过双光子原子滤光器过滤后，输出与泵浦激光相同波段的目标光信号。

本发明提供的技术方案是：

一种双光子原子滤光器，依次包括第一起偏器1、第一磁体3、铷泡4、第二磁体5和第二起偏器7；所述铷泡4置于第一磁体3和第二磁体5之间，其中，第一磁体3和第二磁体5产生一轴向静磁场；所述铷泡4置于轴向静磁场内，且靠近所述第一磁体3和第二磁体5的两端可透光；第一磁体3和第二磁体5的中间能透光，第一磁体3和第二磁体5极性相对放置；所述静磁场在与铷泡4的滤光方向平行和垂直的两个方向都有一定的磁场分量；所述第一起偏器1和第二起偏器7的偏振方向相互垂直正交；此外，双光子原子滤光器还包括用于产生778nm泵浦激光的泵浦激光器12、聚焦透镜2和高反镜6；聚焦透镜2置于第一起偏器1和第一磁体3之间，高反镜6置于铷泡4之后，第二起偏器(7)之前；泵浦激光器12产生的778nm泵浦激光从第一起偏器1入射，聚焦透镜2对泵浦光聚焦后透过第一磁体3、铷泡4和第二磁体5；再通过高反镜6反射后透过第二磁体5返回铷泡4；所述轴向静磁场的方向与铷泡4的滤光方向(也就是透光方向)平行，由塞曼效应造成原子能级分裂，通过法拉第效应，使得目标光信号经过所述原子滤光器过滤时，在泵浦激光作用下在泵浦光的双光子跃迁谱位置产生透射峰，输出与所述泵浦激光相同波段的光信号。

针对上述双光子原子滤光器，进一步地，

第一起偏器件1和第二起偏器件7均为格兰棱镜；