[发明专利]一种集成化小型法拉第原子滤光器

说明书

本发明涉及一种集成化小型法拉第原子滤光器，包括原子气体参比池、螺旋电感、偏振片和加热丝，其中，所述原子气体参比池为柱状体，用于提供滤光器的工作物质；所述螺旋电感位于原子气体参比池的两端，用于提供沿气体参比池轴向的磁场；在所述螺旋电感的两外端各设有偏振片，用于起偏和检偏；在所述原子气体参比池的外表面的四周设有若干个环形的加热丝；加热丝和平面螺旋电感分别于控制电路电连接，用于控制原子气体参比池的温度和磁场强度。本发明将原子气体参比池缩小到毫米量级及以下、实现了偏振片集成、缩小了滤光器的体积、减轻了重量，还可以免去现有滤光器的安装和调试的工作。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，尤其是磁光调制器和原子磁光虑光器领域，更具体地涉及窄线宽法拉第原子滤光器器的集成化和小型化技术。

背景技术

磁光调制器是利用磁光材料的磁光效应，或者法拉第效应——偏振光通过物质后偏振面发生改变的现象，偏振面相对原偏振面的夹角为旋转角θ＝VBL，其中V称为维尔德常数，单位为rad/T*m，B是沿光传播方向的磁场强度，L是光在物质中传播的距离。如果要偏转一定的角度，物质的维尔德传输越大，所需磁场和样品的长度就可以越小。磁光调制技术被广泛应用于光通信、方位基准传递、精密测角、材料性能研究、工业参量测量和生物化学等众多领域。

通常磷晃玻璃、轻火石玻璃、水晶、磷等旋光材料的维尔德常数不足100，钇铁石榴石晶体的维尔德常数可达1700，被广泛应用于光通信的环形器和隔离器。而碱金属原子气体可达到109量级。所以采用碱金属原子气体可以大大减少所需磁场强度和物质长度。

在许多光电探测系统中，对背景光干扰抑制和对信号光频率变化检测的要求越来越高。通常高分辨率的光学器件，如干涉滤光片，法布里-珀罗标准具，以及原子滤光器等被用来实现对光频率的选择和鉴别。

原子滤光器的原理都基于原子内部的能级跃迁，按照其通过原子跃迁实现滤光方式的不同，可分为多种形式，常见的有荧光型、电离型、法拉第旋转型等。

法拉第旋转型滤光器利用法拉第旋光效应，滤光器能从较强宽带背景光中提取出微弱窄带光信号，具有窄带宽、高透射率、大视场角、较快的时间响应度和较高的带外噪声抑制比等优点，可运用于自由空间光通信，水下光通信，深空光通信，遥感，激光雷达等领域。

目前的法拉第原子滤光器都是由分离器件组成，包括一个置于适当恒温及轴向磁场的原子气体参比池以及置于两端的一对正交偏振片所组成，其中轴向磁场由永久磁铁或者通过由电路控制的螺绕环线圈绕在原子气体参比池圆柱表面来提供，偏振片由分立的格兰棱镜或其他偏振镜组成。关于现有技术在CN1460877，CN103701030等专利中有较为详细的描述。

在空间光通信、深空光通信，遥感等领域光器件及其系统需要飞行器输送，对系统的体积和重量提出了挑战，小型化甚至微型化相关光器件、提高系统集成度是技术发展的必然路径。

现有技术中的法拉第原子滤光器体积较大，如气体参比池长度7cm以上，重量较大；且现有滤光器由原子气体参比池、偏振片以及提供磁场的线圈几部分组装而成，使用前需要对滤光器进行安装和调试；现有技术中的通过永久磁铁加上螺旋管提供磁场，需要永磁体物质，且磁场不可控；现有技术中需要为电阻丝提供已个封闭的空间，无形中增大了滤光器体积；总之，现有的滤光器集成化程度不够。

发明内容

为了解决法拉第原子滤光器小型化问题，特公开本发明：一种集成化小型法拉第原子滤光器，包括原子气体参比池、螺旋电感、偏振片和加热丝，其中，所述原子气体参比池为柱状体，用于提供滤光器的工作物质；所述螺旋电感位于原子气体参比池的两端，用于提供沿气体参比池轴向的磁场；在所述螺旋电感的两外端各设有偏振片，用于起偏和检偏；在所述原子气体参比池的外表面的四周设有若干个环形的加热丝；加热丝和平面螺旋电感分别于控制电路电连接，用于控制原子气体参比池的温度和磁场强度。

优选地，所述原子气体参比池外表面的加热丝固定在玻璃外壳上。