[发明专利]一种超窄带原子滤光器及其实现滤光的方法

说明书

本发明公开了一种超窄带原子滤光器及其实现滤光的方法，本发明技术方案是利用原子的速度转移效应将振子强度较弱的原子高激发态跃迁谱线，转移到振子强度较强的原子较低激发态的跃迁谱线上，并结合法拉第效应，使得探测光经过原子滤光器时，发生磁致光旋转，输出与泵浦激光相对应的目标光信号。泵浦光利用饱和吸收谱进行稳频，磁场大小可通过改变电流的大小进行严格控制。铷泡置于磁屏蔽盒中，消除地磁场的影响。相比传统的原子滤光器而言，这种原子滤光器的通带带宽更窄，滤光效果更好。

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速度转移效应和法拉第效应实现的超窄带法拉第反常色散原子滤光器及其实现滤光的方法。

背景技术

在激光通信中，光在传输的过程中会由于色散、吸收等因素发生衰减，到达接收系统时信号就很弱。滤光器的作用是从较强的宽带背景光中提取微弱的窄带光信号。利用滤光器传输光信号能有效地抑制背景光噪声，提高接收系统信号的信噪比，同时还能提高接收系统的检测灵敏度。

法拉第反常色散原子滤光器(FADOF)是目前研究最多、应用最广的一种原子滤光器，它的优点是：窄带宽，高透射率，大视场角和较高的带外噪声抑制比。FADOF的原理早在1956年Ohman就提出，它是利用原子蒸汽共振跃迁频率处的Faraday旋光特性实现滤光。随后，不仅在理论方面，在实验中对于不同的原子也进行了大量的研究。780nm是铷原子D2跃迁谱线波长，相应的FADOF也研究了很多，但绝大多数的FADOF的带宽都在GHz量级。

420nm原子跃迁与780nm跃迁有共同的基态能级，利用原子的速度转移效应将振子强度较弱的原子高激发态跃迁谱线，转移到振子强度较强的原子较低激发态的跃迁谱线上，可实现超窄带的FADOF，带宽在几十MHz到一百MHz附近，到目前为止，还没有这方面的报导。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用原子的速度转移效应和法拉第效应，实现的超窄带法拉第反常色散原子滤光器，这种原子滤光器的通带带宽在几十MHz到一百MHz附近，比现有绝大多数的原子滤光器窄，它可应用于新型光钟和高精密激光光谱稳频等领域。

为了解决上述技术问题，本发明是这样解决的。

一种超窄带原子滤光器，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，以及依次设置在780nm激光出射光路上的第一半波片、第一起偏器、第一透反镜、第一铷泡、第二透反镜和第二起偏器；第一起偏器与第二起偏器的偏振方向相互垂直正交；第一透反镜和第二透反镜对780nm激光高透，对420nm激光高反；所述第一铷泡的泡壁上绕有线圈，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，经第二透反镜反射到第一铷泡中，与第一激光器产生的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后，产生与泵浦光相对应的目标光信号。

优选地，所述泵浦光产生组件产生的泵浦光利用饱和吸收谱进行稳频。

优选地，所述泵浦光产生组件包括第二激光器，所述第二激光器输出的420nm激光经第二半波片和偏振分光棱镜分成两束激光，其中一束420nm激光作为所述泵浦光，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中，与铷原子发生相互作用；穿过第二铷泡的稳频探测光被第二光电探测器探测到，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的工作波长，从而将420nm激光频率锁定在饱和吸收峰上；

作为泵浦光的420nm激光经过四分之一波片后，被所述第二透反镜打到第一铷泡中。