CN106444098A - 原子旋光带阻陷波器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种原子旋光带阻陷波器，包括充有原子气体的第一原子气室；两个在光的偏振方向上互相平行的格兰泰勒棱镜，分别置于第一原子气室的两侧，第一原子气室中的气体原子，在加上外磁场的条件下可与激光产生充分的法拉第旋光作用；一个稳定的静磁场源，对第一原子气室产生一静态均匀磁场，磁场的磁场方向平行于激光传播方向；充有原子气体的第二原子气室，可与激光发生饱和吸收效应；两个温度控制电路系统，分别作用于第一原子气室和第二原子气室。本发明同时公开了上述原子旋光带阻陷波器的使用方法。本发明利用在原子跃迁波长处可控的法拉第反常色散效应和饱和吸收效应，得到在特定波长上窄带带阻陷波特性，在阻带之外具有高透过率，阻带内具有高抑制比。
Description
技术领域
本发明涉及光频波段带阻陷波器技术领域，具体涉及一种原子旋光带阻陷波器及其使用方法。
背景技术
光频段的带阻陷波器（此后简称陷波器）具有在特定波长上窄带带阻陷波特性，在阻带之外具有高透过率、阻带内高抑制比等多种特有优点。光频段的带阻陷波器在激光布里渊光谱、生物活体组织成像、激光和原子频谱过滤等不同基础科学研究和光谱应用领域都有着普遍而重要的广泛应用。
传统的光频段的带阻陷波器，是通过多次镀膜技术实现的干涉片型带阻陷波器，其两个缺点：一是阻带带宽太宽，高达纳米到几个纳米量级；第二个缺点是阻带的中心波长随入射光角度变化，没有一个绝对值。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种窄带带阻窄，精度高的基于原子跃迁谱线的光频段的饱和吸收和原子旋光组合效应的带阻陷波器。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
原子旋光带阻陷波器，包括充有原子气体的第一原子气室；两个在光的偏振方向上互相平行的格兰泰勒棱镜，分别置于第一原子气室的两侧，且正对第一原子气室，所述第一原子气室中的气体原子，在加上外磁场的条件下可与激光产生充分的法拉第旋光作用；一个稳定的静磁场源，作用于第一原子气室，对第一原子气室产生一静态均匀磁场，磁场的磁场方向平行于激光传播方向；充有原子气体的第二原子气室，正对激光射出方向上的格兰泰勒棱镜，可与激光发生饱和吸收效应；两个温度控制电路系统，分别作用于第一原子气室和第二原子气室，分别控制第一原子气室和第二原子气室温度处于稳定。
作为优选技术方案，第一原子气室和第二原子气室中充碱金属铷原子气体。
作为优选技术方案，第一原子气室和第二原子气室中充惰性气体。
作为优选技术方案，磁场大小在250高斯到700高斯之间，第一原子气室范围内磁场的梯度值小于8高斯。
作为优选技术方案，第一原子气室的温度范围在80摄氏度到150摄氏度之间；第二原子气室的温度范围在120摄氏度到170摄氏度之间。
作为优选技术方案，控温精度在0.5摄氏度内。
作为优选技术方案，通过环形永磁体或螺旋线圈产生磁场。
作为优选技术方案，第一原子气室和第二原子气室的容器材质为玻璃或石英。
一种原子旋光带阻陷波器的使用方法，包括以下步骤：
1）用充碱金属铷原子气体的第一原子气室及第二原子气室、两个格兰泰勒棱镜或偏振片、一静磁场源和两个温度控制系统组建原子旋光带阻陷波器；
2）调节两个格兰泰勒棱镜或偏振片的偏振方向相互平行，利用它们对入射激光进行选光；
3）调节作用于第一原子气室的温度控制系统，使第一原子气室的温度范围在80摄氏度到150摄氏度之间，调节作用于第二原子气室的温度控制系统，使第二原子气室的温度范围在120摄氏度到170摄氏度之间；
4）调节作用于第一原子气室的静磁场源，使第一原子气室范围内的静态磁场大小在250高斯到700高斯之间；利用碱金属铷原子气体在外磁场的作用下的法拉第反常色散效应，使入射激光产生旋光，并配合格兰泰勒棱镜或偏振片进行入射激光在铷原子跃迁谱线对应的特定波长上的陷波；
5）从步骤4）出射的激光进入第二原子气室，利用碱金属铷原子气体在特定温度下的饱和吸收效应对入射激光进行特定波长上的饱和吸收处理。
作为优选技术方案，步骤1）中的第一原子气室及第二原子气室的长度在2厘米到6厘米之间；步骤3）中的控温精度在0.5摄氏度以内；步骤4）中，在第一原子气室范围内磁场的梯度值小于8高斯。
本发明利用了原子的固有能级跃迁谱线具有的波长特性，利用在原子跃迁波长处可控的法拉第反常色散效应和饱和吸收效应，构建了一种小体积的集成化的原子旋光带阻陷波器，其中第一原子气室在调节好温度和外加静磁场的条件下产生旋光效应，第二原子气室在特定温度下产生饱和吸收，两个气室的组合效应得到在特定波长上窄带带阻陷波特性。本发明在阻带之外具有高透过率，阻带内具有高抑制比。本发明具有以下优点，一是阻带带宽很窄，小到几个皮米甚至几个飞米量级，比传统的干涉片型带阻陷波器带宽小几个数量级；二是阻带的中心波长决定于原子跃迁谱线，非常稳定，具有一个绝对值，与射光入射角度无关。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，对特殊条件下的激光和原子频谱超高精度识别，激光布里渊光谱与生物活体组织高精密成像等领域具有广泛重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例1中铷原子旋光带阻陷波器的相关能级图。
图3为本发明的使用步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本专利的优选实施方案作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例是基于铷原子气体在跃迁波长处的法拉第反常色散效应和饱和吸收效应构建的原子旋光带阻陷波器，其结构如图1所示，包括起旋光作用的充碱金属铷原子气体的第一原子气室3；两个在光的偏振方向上互相平行的格兰泰勒棱镜1、5，分别置于第一原子气室3的两侧，且正对第一原子气室3；两个作为静磁场源的环形永磁体2，用于对第一原子气室3产生一静态均匀磁场，磁场的磁场方向平行于激光传播方向；起饱和吸收作用的充碱金属铷原子气体的第二原子气室6；两个温度控制电路系统，分别作用于第一原子气室6和第二原子气室6，分别控制第一原子气室3和第二原子气室6温度处于稳定。
将激光经过格兰泰勒棱镜1，到达第一原子气室3，接着通过格兰泰勒棱镜5，得到出射的应用测试光束。格兰泰勒棱镜1与格兰泰勒棱镜5是具有起偏和检偏功能的器件，格林泰勒棱镜1、5所在平面与激光传播方向垂直。设置格林泰勒棱镜1、5的偏振方向之间的平行度误差小于1.5度，激光在第一原子气室3中产生充分的法拉第旋光作用后，频率在铷原子固有频率附近的光被有效截止，而频率远离铷原子固有频率附近的光能从格兰泰勒棱镜5出射，激光从格兰泰勒棱镜5出射后，再通过起饱和吸收作用的第二原子气室6，两个气室的组合效应得到在特定波长上窄带带阻陷波特性。
第一原子气室3和第二原子气室6的容器材质及偏振片的材质为玻璃或石英。温度控制电路系统包括加热部分和测温部分，用于稳定系统工作时第一原子气室6和第二原子气室6中碱金属铷原子蒸汽的温度，其加热部分对第一原子气室6和第二原子气室6进行加热，并保证没有原子凝结到第一原子气室6和第二原子气室6的容器端面上阻碍光通过；测温部分紧第一原子气室6和第二原子气室6进行温度测量。温度控制电路系统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。加热部分和测温部分配合，使第一原子气室的温度范围在80摄氏度到150摄氏度之间，第二原子气室的温度范围在120摄氏度到170摄氏度之间，且控温精度在0.5摄氏度以内。
在上述实施例中，磁场通过永磁体产生，也可通过螺旋线圈等方式产生磁场。具体实施的磁场参数条件为，控制静态均匀磁场大小在250高斯到700高斯之间可调节，并使在原子气室范围内磁场的梯度值小于8高斯。
如图2和图3所示，上述原子旋光带阻陷波器的使用方法包括以下步骤：
1）用充碱金属铷原子气体的第一原子气室及第二原子气室、两个格兰泰勒棱镜或偏振片、一静磁场源和两个温度控制系统组建上述实施例的原子旋光带阻陷波器；
2）调节两个格兰泰勒棱镜或偏振片的偏振方向相互平行，利用它们对入射激光进行选光；
3）调节作用于第一原子气室的温度控制系统，使第一原子气室的温度范围在80摄氏度到150摄氏度之间，调节作用于第二原子气室的温度控制系统，使第二原子气室的温度范围在120摄氏度到170摄氏度之间；
4）调节作用于第一原子气室的静磁场源，使第一原子气室范围内的静态磁场大小在250高斯到700高斯之间；利用碱金属铷原子气体在外磁场的作用下的法拉第反常色散效应，使入射激光产生旋光，并配合格兰泰勒棱镜或偏振片进行入射激光在铷原子跃迁谱线对应的特定波长上的陷波；
5）从步骤4）出射的激光进入第二原子气室，利用碱金属铷原子气体在特定温度下的饱和吸收效应对入射激光进行特定波长上的饱和吸收处理，通过组合效应就可以得到与铷原子跃迁谱线对应的780nm，795nm等铷原子跃迁波长的原子旋光带阻陷波器；
上述实施例的基于气室原子旋光带阻陷波器，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。
上述实施例的基于气室原子旋光带阻陷波器，利用温度控制系统，对碱金属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，保证气室原子旋光带阻陷波器的信噪比较高。
上述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。本领域的技术人员可在不违背本发明的技术原理及精神下，对实施例作修改与变化，比如可以利用不同种类气体原子氦、氖、氩、氪、氙，或者碱金属铷铯、钾、钠，甚至混合型的混合钾和钠等原子，甚至惰性气体，达到其它不同波长的气室原子旋光带阻陷波器的目的和效果。本发明的保护范围应如权利要求所述。
Claims (10)
1.原子旋光带阻陷波器，其特征在于，
包括充有原子气体的第一原子气室；
两个在光的偏振方向上互相平行的格兰泰勒棱镜，分别置于第一原子气室的两侧，且正对第一原子气室，所述第一原子气室中的气体原子，在加上外磁场的条件下可与激光产生充分的法拉第旋光作用；
一个稳定的静磁场源，作用于第一原子气室，对第一原子气室产生一静态均匀磁场，磁场的磁场方向平行于激光传播方向；
充有原子气体的第二原子气室，正对激光射出方向上的格兰泰勒棱镜，可与激光发生饱和吸收效应；
两个温度控制电路系统，分别作用于第一原子气室和第二原子气室，分别控制第一原子气室和第二原子气室温度处于稳定。
2.根据权利要求1所述的原子旋光带阻陷波器，其特征在于，第一原子气室和第二原子气室中充碱金属铷原子气体。
3.根据权利要求2所述的原子旋光带阻陷波器，其特征在于，第一原子气室和第二原子气室中充惰性气体。
4.根据权利要求2所述的原子旋光带阻陷波器，其特征在于，磁场大小在250高斯到700高斯之间，第一原子气室范围内磁场的梯度值小于8高斯。
5.根据权利要求2所述的原子旋光带阻陷波器，其特征在于，第一原子气室的温度范围在80摄氏度到150摄氏度之间；第二原子气室的温度范围在120摄氏度到170摄氏度之间。
6.根据权利要求5所述的原子旋光带阻陷波器，其特征在于，控温精度在0.5摄氏度内。
7.根据权利要求1所述的原子旋光带阻陷波器，其特征在于，通过环形永磁体或螺旋线圈产生磁场。
8.根据权利要求1所述的原子旋光带阻陷波器，其特征在于，第一原子气室和第二原子气室的容器材质为玻璃或石英。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的原子旋光带阻陷波器的使用方法，包括以下步骤：
1）用充碱金属铷原子气体的第一原子气室及第二原子气室、两个格兰泰勒棱镜或偏振片、一静磁场源和两个温度控制系统组建原子旋光带阻陷波器；
2）调节两个格兰泰勒棱镜或偏振片的偏振方向相互平行，利用它们对入射激光进行选光；
3）调节作用于第一原子气室的温度控制系统，使第一原子气室的温度范围在80摄氏度到150摄氏度之间，调节作用于第二原子气室的温度控制系统，使第二原子气室的温度范围在120摄氏度到170摄氏度之间；
4）调节作用于第一原子气室的静磁场源，使第一原子气室范围内的静态磁场大小在250高斯到700高斯之间；利用碱金属铷原子气体在外磁场的作用下的法拉第反常色散效应，使入射激光产生旋光，并配合格兰泰勒棱镜或偏振片进行入射激光在铷原子跃迁谱线对应的特定波长上的陷波；
5）从步骤4）出射的激光进入第二原子气室，利用碱金属铷原子气体在特定温度下的饱和吸收效应对入射激光进行特定波长上的饱和吸收处理。
10.根据权利要求9所述的原子旋光带阻陷波器的使用方法，其特征在于，步骤1）中的第一原子气室及第二原子气室的长度在2厘米到6厘米之间；步骤3）中的控温精度在0.5摄氏度以内；步骤4）中，在第一原子气室范围内磁场的梯度值小于8高斯。
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| CN206209221U (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 浙江大学城市学院 | 原子旋光带阻陷波器 |
-
2016
- 2016-11-30 CN CN201611079639.9A patent/CN106444098A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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Legal Events
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |