CN104570408A - 一种紫外原子滤光器及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外原子滤光器及其方法，发明利用了碱金属铷原子的紫外波段的能级跃迁谱线特性，利用铷原子紫外波长处实现法拉第反常色散效应，实现了一种基于碱金属铷原子气室的紫外原子滤光器，并提供了其具体实现方法。发明的基于碱金属铷原子紫外波长原子滤光器，利用如原子的紫外跃迁谱线，通过如原子气室的较高工作温度来弥补紫外跃迁振子强度较弱的缺点，实现紫外原子滤光器，设计原理明晰，结构非常简单，易于制造，性能好，工作稳定，寿命长，对特殊条件下的紫外光自由空间通信、紫外弱光信号探测、紫外激光波标准测试等领域具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于光频原子滤光器技术和光学器件技术领域，涉及一种基于碱金属气室型的紫外波段原子滤光器，具体涉及一种基于碱金属铷原子气体气室型的紫外波段原子法拉第反常色散效应的原子滤光器及其方法。
背景技术
法拉第反常色散原子滤光器(此后简称原子滤光器)是利用在磁场中的原子对共振光的偏振旋转这种法拉第效应而实现的滤光器。原子滤光器的高透过率、窄带宽、高边带抑制比等多种特有优点远远好于一般的干涉滤光器。在对信噪比要求较高时，如太阳光球特性研究、自由空间光通信、激光布里渊光谱、生物活体组织成像、激光雷达和遥感、激光单模稳频、光频原子频率和波长标准等各种科学和领域都有着许多重要应用。
随着科学技术的发展，以及不同应用场景需求的提高，越来越需要不同波长的原子滤光器。一般地，原子滤光器的透过波长仅仅工作在具体的原子跃迁能级对应的跃迁波长，因此在具体的原子滤光器应用方面，一定要先确定好所需的波长及其对应原子。国内外已有的文章、专利报道等文献信息中，已有的原子滤光器毫无例外地都是工作于近红外、和可见光波段范围，从来没有任何的可以工作于100nm到400nm波段的紫外滤光器。
本发明中我们利用碱金属铷原子气体的气室，来构建一种紫外原子滤光器及其方法。这种使用碱金属铷原子气体气室，通过我们具体研究，在调节到较高温度和较弱梯度磁场的特殊参数条件下，可以得到紫外原子滤光器，从未被提出或报道过，具有不同于以往原子滤光器的新功能，可用于紫外光自由空间通信、紫外弱光信号探测、紫外激光波长标准和计量等领域。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种结构简单，易于制造，性能好，工作稳定，寿命长的紫外原子滤光器及其方法。
本发明的紫外原子滤光器，包括：
一个充有碱金属铷原子的原子气室；
两个在光的偏振方向上互相垂直正交的紫外波段格兰泰勒棱镜，这一对棱镜对分别放置于所述碱金属铷原子的原子气室两侧，并且正对所述碱金属原子气室，所述碱金属铷原子气室中的铷气体原子可对共振紫外光线产生充分的法拉第旋光作用；
一个稳定的磁场源，用于对所述碱金属铷原子气室产生一均匀的梯度磁场，所述磁场的磁场方向平行于紫外光传播方向；以及
一个温度控制电路，用于控制所述碱金属铷原子气室的稳定温度。
作为优选：所述磁场是通过永磁体产生或通过螺旋线圈方式产生。
作为优选：所述原子气室的材质为紫外玻璃或紫外石英。
作为优选：所述格兰泰勒棱镜材质为紫外玻璃或紫外石英。
作为优选：所述温度控制电路用加热丝或加热芯片方式加热，用热敏电阻或热电偶测温。
所述各部件外还设有一金属外壳。
这种紫外原子滤光器的方法，包括如下步骤：
1)利用一充有碱金属铷原子的原子气室、两个紫外波段格兰泰勒棱镜或偏振片、一磁场源和一温度控制系统；
2)调节优化好所述两个紫外波段格兰泰勒棱镜或偏振片的偏振方向至交理想的的互相正交垂直位置；
3)利用温度控制电路系统对所述碱金属铷原子的原子气室进行温度在120摄氏度到400摄氏度的范围内进行控制，按照应用紫外波长的需求，分别达到紫外滤光器的效果在297.0nm、300.0nm、301.5nm、308.2nm、311.3nm、315.8nm、322.8nm、322.9nm、334.9nm、335.0nm、358.7nm、359.2nm的紫外波长处最优的效果；
4)调节优化磁场源的大小，按照紫外原子滤光器在紫外波长的应用需求，分别达到滤光器的效果297.0nm、300.0nm、301.5nm、308.2nm、311.3nm、315.8nm、322.8nm、322.9nm、334.9nm、335.0nm、358.7nm、359.2nm的紫外波长处最优的效果。
作为优选：步骤1)中铷原子的原子气室内充入100微克到1毫克量的铷原子。
本发明的有益效果是：本发明利用了碱金属铷原子的紫外波段的能级跃迁谱线特性，利用铷原子在297.0nm、300.0nm、301.5nm、308.2nm、311.3nm、315.8nm、322.8nm、322.9nm、334.9nm、335.0nm、358.7nm、359.2nm的紫外波长处实现法拉第反常色散效应，实现了一种基于碱金属铷原子气室的紫外原子滤光器，并提供了其具体实现方法。本发明的基于碱金属铷原子紫外波长原子滤光器，利用如原子的紫外跃迁谱线，通过如原子气室的较高工作温度来弥补紫外跃迁振子强度较弱的缺点，实现紫外原子滤光器，设计原理明晰，结构非常简单，易于制造，性能好，工作稳定，寿命长，对特殊条件下的紫外光自由空间通信、紫外弱光信号探测、紫外激光波标准测试等领域具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例的基于碱金属铷原子紫外波长原子滤光器的结构示意图；
图2为本发明实施例的铷原子紫外波长跃迁的相关能级结构与紫外波长示意图；
图3为应用本发明实施例的碱金属铷原子紫外原子滤光器的流程图。
附图标记说明：紫外测试光源1、第一紫外格兰泰勒棱镜2、第一环形永久磁铁3、紫外玻璃气室4、第二环形永久磁铁5、第二紫外格兰泰勒棱镜6、温度控制电路7、紫外光8。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。
紫外测试光源1经过第一紫外格兰泰勒棱镜2，到达处于第一环形永久磁铁3和第二环形永久磁铁5产生的磁场中的碱金属铷原子的紫外玻璃气室4，铷原子紫外玻璃气室4由温度控制电路7控制，接着通过第二紫外格兰泰勒棱镜6，并得到出射的可探测的紫外光8。第一紫外格兰泰勒棱镜2与第二紫外格兰泰勒棱镜6是具有起偏和检偏功能的器件，分别放置于铷原子紫外玻璃气室4的两侧，两个紫外棱镜平行，其所在平面与紫外光传播方向垂直；两个紫外棱镜的偏振方向互相垂直，以使在没有紫外光与原子相互作用时，没有紫外光能从第二紫外格兰泰勒棱镜6出射。第一环形永久磁铁3和第二环形永久磁铁5产生定态磁场。强度分布稳定的磁场沿紫外光传播方向。温度控制电路7包括加热部分和测温部分，用于稳定系统工作时碱金属铷原子蒸汽的温度，其加热部分对含有铷原子气体的铷原子紫外玻璃气室4进行加热，并保证没有原子凝结到铷原子紫外玻璃气室4的玻璃端面上阻碍紫外光通过；测温部分紧贴铷原子紫外玻璃气室4进行温度测量。
在上述实施例中，磁场是通过永磁体产生，也可通过螺旋线圈等方式产生磁场。
在上述实施例中，第一紫外格兰泰勒棱镜2和第二紫外格兰泰勒棱镜6材质可为紫外玻璃或紫外石英；温度控制电路7可用加热丝或加热芯片方式加热，用热敏电阻或热电偶测温。
在上述实施例中，铷原子紫外玻璃气室4内充入100微克到1毫克量的铷原子。
图3为应用上述基于铷原子的紫外波段原子滤光器的方法流程图，包括如下步骤：
步骤101：利用一个处于磁场中充有碱金属铷原子的紫外玻璃气室、两个产生定态磁场的环形永久性磁铁、两个正交偏振紫外格兰泰勒棱镜、一温度控制系统等组建上述实施例的基于铷原子的紫外波段原子滤光器；
步骤102：利用所要处理的入射紫外光，调节所述两个紫外格兰泰勒棱镜的偏振方向至互相垂直，利用该两个紫外格兰泰勒棱镜对入射紫外光进行调节，在一定温度和磁场下可达到最优的紫外波段原子滤光性能，就可以得到在297.0nm、300.0nm、301.5nm、308.2nm、311.3nm、315.8nm、322.8nm、322.9nm、334.9nm、335.0nm、358.7nm、359.2nm波长的紫外原子滤光器；
上述实施例的基于碱金属铷原子的紫外原子滤光器，还可包括一金属外壳，用于固定和保护各个元件，并通过严格的尺寸、公差设计使各元件处于准确的相互位置；该外壳还能够屏蔽外界电磁干扰。
上述实施例的基于碱金属铷原子的紫外原子滤光器，利用温度控制电路7，气室温度为120摄氏度到400摄氏度的较高温度条件下,对碱金属铷原子泡进行恒温控制，提高了系统稳定性；加上外壳的设计，可以屏蔽掉外界电磁干扰，保证紫外原子滤光器的透射紫外光的信噪比较高。
上述紫外原子滤光器实施例仅是为了说明本发明的原理，而非用于限制本发明的范围，所有的光学原件必需是符合紫外波段的参数要求。
Claims (8)
1.一种紫外原子滤光器，其特征在于，包括：
一个充有碱金属铷原子的原子气室；
两个在光的偏振方向上互相垂直正交的紫外波段格兰泰勒棱镜，这一对棱镜对分别放置于所述碱金属铷原子的原子气室两侧，并且正对所述碱金属原子气室，所述碱金属铷原子气室中的铷气体原子可对共振紫外光线产生充分的法拉第旋光作用；
一个稳定的磁场源，用于对所述碱金属铷原子气室产生一均匀的梯度磁场，所述磁场的磁场方向平行于紫外光传播方向；以及
一个温度控制电路，用于控制所述碱金属铷原子气室的稳定温度。
2.根据权利要求1所述的紫外原子滤光器，其特征在于：所述磁场是通过永磁体产生或通过螺旋线圈方式产生。
3.根据权利要求1所述的紫外原子滤光器，其特征在于：所述原子气室的材质为紫外玻璃或紫外石英。
4.根据权利要求1所述的紫外原子滤光器，其特征在于：所述格兰泰勒棱镜材质为紫外玻璃或紫外石英。
5.根据权利要求1所述的紫外原子滤光器，其特征在于：所述温度控制电路用加热丝或加热芯片方式加热，用热敏电阻或热电偶测温。
6.根据权利要求1所述的紫外原子滤光器，其特征在于：所述各部件外还设有一金属外壳。
7.一种权利要求1所述的紫外原子滤光器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)利用一充有碱金属铷原子的原子气室、两个紫外波段格兰泰勒棱镜或偏振片、一磁场源和一温度控制系统；
2)调节优化好所述两个紫外波段格兰泰勒棱镜或偏振片的偏振方向至交理想的的互相正交垂直位置；
3)利用温度控制电路系统对所述碱金属铷原子的原子气室进行温度在120摄氏度到400摄氏度的范围内进行控制，按照应用紫外波长的需求，分别达到紫外滤光器的效果在297.0nm、300.0nm、301.5nm、308.2nm、311.3nm、315.8nm、322.8nm、322.9nm、334.9nm、335.0nm、358.7nm、359.2nm的紫外波长处最优的效果；
4)调节优化磁场源的大小，按照紫外原子滤光器在紫外波长的应用需求，分别达到滤光器的效果297.0nm、300.0nm、301.5nm、308.2nm、311.3nm、315.8nm、322.8nm、322.9nm、334.9nm、335.0nm、358.7nm、359.2nm的紫外波长处最优的效果。
8.根据权利要求5所述的混合气体多波段原子滤光器方法，其特征在于：步骤1)中铷原子的原子气室内充入100微克到1毫克量的铷原子。2 -->
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150429 |