[发明专利]泵浦激光原子稳频的激发态原子滤光接收装置

说明书

技术领域

本发明涉及背景光抑制光谱滤光接收技术，尤其涉及原子机制的超窄光谱滤光接收技术。

背景技术

在开放空间激光通信系统中，背景光的干扰是影响信噪比的最主要因素之一，常用干涉滤光片的透射带宽通常在纳米量级，与发射激光的皮米级甚至更窄的线宽相比，干涉滤光片的带宽宽出3个量级，使接收信号中混入大量背景干扰光。为更好抑制背景光的干扰，人们使用带宽更窄的双折射滤光器，将带宽压窄到带宽为埃的水平；为进一步使滤光带宽接近激光线宽，人们还探索使用具有皮米带宽的法布里-波罗标准具，使得背景光的干扰得到了更好的抑制，有效地提高了系统的信噪比。但是，法布里-波罗标准具对温度、震动、角度等环境因素很敏感，容易与发射激光的频率失配，难以保证系统的工作稳定性，要求高，难度大。原子滤光器也是一种带宽达到皮米水平的滤光器，由于原子滤光器透射频率是建立在原子能级跃迁基础上的滤光器，因此其透射频率稳定无漂移，用于开放空间激光通信中，具有工作频率稳定、接收视场大等优点。

目前，已有多种机制的原子滤光器被人们研究和利用，如：共振荧光型、原子电离型以及法拉第反常色散型等。共振荧光型、原子电离型由于其存在量子效率低等问题，目前较少使用；而法拉第反常色散型原子滤光器以其透射效率高、响应速度快、可用于成像滤光等优势获得了较大发展。但由于原子滤光器是利用原子能级跃迁的相关效应进行滤光的，目前主要应用的是从原子基态到某一激发态跃迁的一些离散波长，如：钠 589.0nm和589.6nm、钾766nm和770nm、铷780nm和795nm、铯852nm、894nm和455nm等，因此可用波长较少。 

为进一步拓宽原子滤光器的工作波长种类，人们探索研究了工作在原子低激发态与高激发态之间的激发态原子滤光器。其中，532 nm激发态原子滤光器由于其可以与目前最为成熟的Nd:YAG 或Nd:YVO₄倍频激光器相匹配，且可以应用于水下激光探测或通信而备受关注。文献1“Experimental demonstration of an excited-state Faraday filter operating at 532nm”(Optics Letters Vol.20 No.1,1995) 研究了钾原子工作波长为532.33nm的激发态原子滤光器；文献2 “The Stark anomalous dispersion optical filter: The theory”（TDA Progress Report 42-118，1994）研究了铷原子工作波长为532.24nm的激发态原子滤光器。由于激发态原子滤光器是工作在低激发态与高激发态跃迁能级之间，因此，要使激发态原子滤光器工作，首先要用泵浦光将原子从基态抽运到低激发态，泵浦激光的频率稳定性直接影响到激发态原子数密度涨落和在各超精细能级的密度分布，这种密度的涨落和分布又会直接影响到滤光器的透过率和滤光透射谱型的稳定性，使滤光器的透射率和透射谱型难以保证。

发明内容

本发明的目的是，提供一种泵浦激光原子稳频的激发态原子滤光接收装置。该装置采用原子共振荧光反馈对泵浦激光稳频，使泵浦激光的频率稳定地将基态原子抽运到低激发态，提高了低激发态上的原子数密度及各精细结构能级上原子分布的稳定性，从而提高了原子滤光器的透过率以及滤光谱型的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

为了使泵浦激光的频率准确稳定地将基态原子抽运到低激发态，本发明采用原子共振荧光稳频的泵浦激光技术将基态原子抽运到低激发态上。

泵浦激光原子稳频的激发态原子滤光接收装置由接收望远镜、原子滤光单元、第一光电探测器和原子稳频泵浦激光单元组成。其中，接收望远镜、原子滤光单元和第一光电探测器依次同轴安装。

信号光和背景光经接收望远镜接收后，输入到原子滤光单元，原子滤光单元对背景光抑制，只允许信号光通过，信号光由第一光电探测器接收，转换成电信号输出，实现原子滤光信号接收。原子稳频泵浦激光单元输出的稳频激光输入到原子滤光单元，激发原子滤光单元产生共振荧光，原子的共振荧光输入到原子稳频泵浦激光单元，用于泵浦激光稳频。