CN102902075A - 一种紧凑型双通道原子滤光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型双通道原子滤光器，该原子滤光器由光屏蔽盒(101)、磁屏蔽盒（102）、两个原子泡（203、303）、两个磁体（103、104）、两个控温炉（204、304）、双路控温器105、四个偏振分束器（201、206、301、306）和四个偏振器（202、205、302、305）组成；通过采用双通光孔径磁体、双路控温器和偏振分束器的有机融合，将两套独立的原子滤光器融合成紧凑型双通道原子滤光器，提高了双通道原子滤光器的稳定性和一致性，降低了整机系统的体积、重量和功耗，为原子滤光器的长期稳定运行提供了有效手段。

Description

一种紧凑型双通道原子滤光器
技术领域
本发明涉及滤光器，尤其涉及基于反常色散法拉第旋光效应的、超稳定的、超窄带宽的原子滤光器。
背景技术
原子滤光器(又名磁光滤光器)作为一种光学滤光器件，具有pm量级超窄带宽、超高长期稳定性、可成像等特点，广泛应用于激光雷达全天时观测、太阳高光谱分辨率观测、自由空间光通信等领域(龚顺生等，原子滤光及鉴频技术在光电探测中的应用，激光与光电子学进展，2010,47：042301~7。S.D.Harrell, C.-Y.She, et.al. Sodium and potassium vapor Faraday filters revisited: theory and applications，J.Opt.Soc.Am.B, 2009, 26(4): 659~670)。
原子滤光器的原理是将原子泡放置在一对正交的偏振棱镜中间，在适当的温度和轴向磁场条件下，只有波长与泡中原子产生部分共振吸收且发生90度奇数倍旋转的入射光才能能顺利通过，而其它波长的光被正交的偏振棱镜抑制，从而达到光学滤光的目的。
由于原子滤光器利用偏振旋光效应来滤光，对于入射光为自然光等非线偏振光的情况下，原子滤光器的第一个偏振棱镜会损失约一半的能量，这在微弱信号检测中极其不利。因此，国内利用两套参数完全相同的原子滤光器组合起来使用，一路检测水平偏振，另一路检测垂直偏振，达到双路同时检测自然光的目的(Daylight rejection with a new receiver for potassium resonance temperature lidars, Optics letters, 2002, 27(21):1932~1934 )。然而，在实际使用中，这种两个相同参数原子滤光器组合的方式，存在子滤光器的参数不完全相同的问题，并且，这个组合套件的体积和重量都较大，功耗也偏高，光路较长，系统的调整和维护困难。
发明内容
本发明的目的是：提供一种紧凑型双通道原子滤光器，通过采用双通光孔径磁体、双路控温器和偏振分束/合束器的有机融合，将两套独立的原子滤光器融合成紧凑型双通道原子滤光器，可以实现水平和垂直两通道的同时滤光，提高了单通道原子滤光器的透射率，降低了系统体积、重量和功耗，同时大大提高了原子滤光器的稳定性，为其推广应用提供一种有效手段。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
从左边入射光过来的光线，经过第一偏振分束器后分为水平和垂直两路偏振光。垂直偏振光经过第一偏振器起偏后送入第一原子泡，原子泡处于一定的温度和轴向磁场下，入射线偏振光中与原子泡中原子共振吸收且旋转90度的奇数倍后，变成水平偏振光顺利通过第二偏振器，再经第二偏振分束器90度转折后送入第四偏振分束器进行合束；同理，水平偏振光经过第三偏振分束器后90度转折，再经第三偏振器后送入第二原子泡，与原子泡共振且旋转90度变成垂直偏振光顺利通过第四偏振器，再经第四偏振分束器后与来自第二偏振分束器过来的偏振光进行合束，合束后的光线送入后面的光电探测器。两原子泡分别置于两控温炉中，再放置到双通光孔径磁体中，其外面采用磁屏蔽盒将磁场屏蔽以防对外干扰。以上所有器件安装到光屏蔽盒中，光从光屏蔽盒的左侧入光孔射入，从光屏蔽盒的右侧出光孔射出。
本发明的优点和效果：
一种紧凑型双通道原子滤光器，可以实现水平和垂直两通道的同时滤光，有效提高了原子滤光器的透射效率，采用双通光孔径磁体和双路恒温器，可提高双通道原子滤光器的磁场强度和双路温度控制的一致性及控制精度，同时也降低了整个系统的体积、重量以及功耗；对水平和垂直两路偏振光的分离和合束均采用了偏振分束器，可进一步提高系统的偏振度和带外抑制能力，为原子滤光器的推广应用提供一种有效手段。
附图说明
图1为一种紧凑型双通道原子滤光器的示意图。
其中：101光屏蔽盒、102磁屏蔽盒、103第一磁体、104第二磁体、105双路控温器、201第一偏振分束器、202第一偏振器、203第一原子泡、204第一控温炉、205第二偏振器、206第二偏振分束器、301第三偏振分束器、302第三偏振器、303第二原子泡、304第二控温炉、305第四偏振器、306第四偏振分束器。
图2为第一磁体103和第二磁体104的立体示意图。
具体实施方式
实施例：由图1和图2可知，一种紧凑型双通道原子滤光器由光屏蔽盒101、磁屏蔽盒102、第一磁体103、第二磁体104、双路控温器105、第一偏振分束器201、第一偏振器202、第一原子泡203、第一控温炉204、第二偏振器205、第二偏振分束器206、第三偏振分束器301、第三偏振器302、第二原子泡303、第二控温炉304、第四偏振器305和第四偏振分束器306组成；
第一原子泡203放在第一控温炉204中，第二原子泡303放在第二控温炉304中，第一原子泡203与第二原子泡303并排放置，在第一原子泡203和第二原子泡303的两端分别放置第一磁体103和第二磁体104，第一磁体103和第二磁体104同时置于磁屏蔽盒102的长方体中；
光屏蔽盒101为长方体，左右两面分别开有进光口和出光口，第一偏振分束器201的透射方向、第一偏振器202、第一原子泡203、第二偏振器205和第二偏振分束器206的透射方向依次同轴放置，在磁屏蔽盒102的左右面板、第一磁体103、第二磁体104和第一控温炉204均设置通光孔，这些通光孔均与光屏蔽盒101的进光口同轴，第一偏振器202的偏振方向与第二偏振器205的偏振方向正交； 
第三偏振分束器301的透射方向、第三偏振器302、第二原子泡303、第四偏振器305和第四偏振分束器306的透射方向依次同轴放置，磁屏蔽盒102的左右面板、第一磁体103、第二磁体104和第二控温炉304均设置通光孔，这些通光孔均与光屏蔽盒101的出光口同轴，第三偏振器302的偏振方向与第四偏振器305的偏振方向正交；
第一偏振分束器201的反射方向对准第三偏振分束器301的反射方向，第二偏振分束器206的反射方向对准第四偏振分束器306的反射方向；
双路控温器105分别与第一控温炉204和第二控温炉106连接。
本发明的工作过程为：
入射光从光屏蔽盒101的进光口进入，经第一偏振分束器201后分成两路，一路为竖直偏振的透射光，另一路为水平偏振的反射光；透射光经第一偏振器202进入第一原子泡203，在第一控温炉204提供的恒定温度及由第一磁体103和第二磁体104共同产生的轴向磁场作用下，竖直偏振的透射光会沿偏振方向旋转90??度的奇数倍成为水平偏振光，再经水平偏振的第二偏振器205后，经第二偏振分束器206的反射，经第四偏振分束器306反射从光屏蔽盒101的出光口射出；
水平偏振的反射光经第三偏振分束器301反射，再经第三偏振器302进入第二原子泡303，在第二控温炉304提供的恒定温度及由第一磁体103和第二磁体104共同产生的轴向磁场作用下，水平偏振的反射光会沿偏振方向旋转90??度的奇数倍成为竖直偏振光，再经竖直偏振的第四偏振器305后，入射到第四偏振分束器306，经第四偏振分束器306透射从光屏蔽盒101的出光口射出；
光屏蔽盒101的作用是将所有器件密封起来，用于屏蔽环境光干扰，磁屏蔽盒102的作用是将第一磁体103和第二磁体104屏蔽起来，组成轴向磁场，避免磁场泄露。 

Claims (3)

1.一种紧凑型双通道原子滤光器，其特征在于，该原子滤光器的第一原子泡（203）放在第一控温炉（204）中，第二原子泡（303）放在第二控温炉（304）中，第一原子泡（203）与第二原子泡（303）并排放置，在第一原子泡（203）和第二原子泡（303）的两端分别放置第一磁体（103）和第二磁体（104），第一磁体（103）和第二磁体（104）同时置于磁屏蔽盒（102）的长方体中；光屏蔽盒（101）为长方体，左右两面分别开有进光口和出光口，第一偏振分束器（201）的透射方向、第一偏振器（202）、第一原子泡（203）、第二偏振器（205）和第二偏振分束器（206）的透射方向依次同轴放置，在磁屏蔽盒（102）的左右面板、第一磁体（103）、第二磁体（104）和第一控温炉（204）均设置通光孔，这些通光孔均与光屏蔽盒（101）的进光口同轴，第一偏振器（202）的偏振方向与第二偏振器（205）的偏振方向正交；第三偏振分束器（301）的透射方向、第三偏振器（302）、第二原子泡（303）、第四偏振器（305）和第四偏振分束器（306）的透射方向依次同轴放置，磁屏蔽盒（102）的左右面板、第一磁体（103）、第二磁体（104）和第二控温炉（304）均设置通光孔，这些通光孔均与光屏蔽盒（101）的出光口同轴，第三偏振器（302）的偏振方向与第四偏振器（305）的偏振方向正交；第一偏振分束器（201）的反射方向对准第三偏振分束器（301）的反射方向，第二偏振分束器（206）的反射方向对准第四偏振分束器（306）的反射方向；双路控温器（105）分别与第一控温炉（204）和第二控温炉（304）连接。
2. 一种紧凑型双通道原子滤光器，其特征在于，所述的第一控温炉（204）和第二控温炉（304）的恒定温度在50℃~220℃。
3.一种紧凑型双通道原子滤光器，其特征在于，所述的第一磁体（103）和第二磁体（104）共同产生的轴向磁场强度在200 Gs ~3000Gs。
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