[发明专利]一种超窄带原子滤光器及其实现滤光的方法

权利要求书

1.一种超窄带原子滤光器，其特征在于，包括铷原子滤光器和泵浦光产生组件；

铷原子滤光器包括产生780nm激光的第一激光器(1)，以及依次设置在780nm激光出射光路上的第一半波片(2)、第一起偏器(3)、第一透反镜(4)、第一铷泡(7)、第二透反镜(8)和第二起偏器(9)；第一起偏器(3)与第二起偏器(9)的偏振方向相互垂直正交；第一透反镜(4)和第二透反镜(8)对780nm激光高透，对420nm激光高反；所述第一铷泡(7)的泡壁上绕有线圈(6)，用来产生与780nm激光方向一致的轴向静磁场；

泵浦光产生组件产生420nm的泵浦光，经第二透反镜(8)反射到第一铷泡(7)中，与第一激光器(1)产生的780nm的探测光一起和铷原子发生相互作用，并结合法拉第效应，使得探测光经过铷原子滤光器时，发生磁致光旋转，探测光经过第二起偏器(9)后，产生与泵浦光相对应的目标光信号。

2.如权利要求1所述的超窄带原子滤光器，其特征在于，在泵浦光产生组件中，对于第一高反镜(15)分成的稳频泵浦光和稳频探测光，稳频探测光直接进入第二铷泡(19)，稳频泵浦光经过第二高反镜(16)、第三高反镜(17)和第四高反镜(18)的连续反射后，从稳频探测光的相对侧进入第二铷泡(19)。

3.如权利要求1所述的超窄带原子滤光器，其特征在于，所述第一铷泡(7)装载在第一磁屏蔽盒(5)中，用来屏蔽外界磁场对实验的影响。

4.如权利要求2所述的超窄带原子滤光器，其特征在于，所述第一铷泡(7)和第二铷泡(19)均为圆柱形玻璃泡，两端面平整；玻璃泡中充有铷原子和缓冲气体。

5.如权利要求1所述的超窄带原子滤光器，其特征在于，在第二起偏器(9)的出光侧安装第一探测器(10)，通过优化420nm泵浦光和780nm探测光的光强，使得第一探测器(10)探测到的滤光信号信噪比最优。

6.如权利要求5所述的超窄带原子滤光器，其特征在于，所述轴向静磁场的磁场大小范围为0到10G。

7.如权利要求1所述的超窄带原子滤光器，其特征在于，第一起偏器(3)和第二起偏器(9)均为格兰泰勒棱镜；第一激光器(1)和第二激光器(12)均为干涉滤光片激光器。

8.一种使用如权利要求1～7任意一项所述超窄带宽原子滤光器实现滤光的方法，其包括以下步骤：

第二激光器(12)产生420nm激光，经第二半波片(13)和偏振分光棱镜(14)分成两束激光，其中一束420nm激光作为泵浦光，另一束用于饱和吸收谱稳频；

用于饱和吸收谱稳频的激光经过第一高反镜(15)分成稳频泵浦光和稳频探测光；稳频泵浦光和稳频探测光均进入所述第二铷泡(19)中，与铷原子发生相互作用；穿过第二铷泡(19)的稳频探测光被第二光电探测器(20)探测到，探测信号进入伺服反馈电路系统进行处理，用于稳定第二激光器(12)的工作波长，从而将所述泵浦光的频率锁定在饱和吸收峰上；

第一激光器(1)产生780nm激光作为探测光，经过第一半波片(2)、第一起偏器(3)和第一透反镜(4)后，进入所述的第一铷泡(7)；同时，经稳频后的所述泵浦光，经过四分之一波片(11)、第二透反镜(8)后，打到第一铷泡(7)中，与780nm的探测光一起和铷原子发生相互作用；通过法拉第效应，探测光经过原子滤光器时，发生磁致光旋转，探测光经过第二起偏器(9)后，产生与泵浦激光相对应的目标光信号；

为所述线圈(6)通电，产生轴向静磁场，通过改变电流的大小来精确控制磁场的大小，使得磁场均匀、方向和探测光方向一致；

优化静磁场的大小，使信号光尽可能地透过，而背景光被滤除，设置在第二起偏器(9)的出光侧的第一光电探测器(10)探测到滤光信号；

优化所述泵浦光和780nm探测光的光强，使得第一探测器(10)探测到的滤光信号信噪比最优。