CN207704153U - 间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置 - Google Patents

间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置 Download PDF

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Abstract

一种间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，所述装置包括，第一激光器，分光镜；所述分光镜将所述第一激光器发出的信号光分为第一光束和第二光束；在所述第一光束的光路中，依次设置有第一格兰泰勒棱镜、第二反射镜、第一85Rb铷原子蒸汽室、第三反射镜、第二格兰泰勒棱镜和第一探测器；所述第二反射镜的一侧设置有第二激光器，所述第三反射镜的一侧设置有第三激光器；所述第一格兰泰勒棱镜和所述第二格兰泰勒棱镜的偏振方向相互垂直；在所述第二光束的光路中，依次设置有第二85Rb铷原子蒸汽室和第二探测器。本实用新型采用两个级联的激光器可以实现将85Rb原子从基态泵浦到低激发态，这种方法提供了更多实现ESFADOF的方案，且方法不唯一。

Description

间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置
技术领域
本实用新型属于激光光谱测量领域，涉及一种间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置。
背景技术
原子滤光器是基于原子吸收发射和内部能量转换的物理过程的一种滤光器件，与干涉滤光片和双折射滤光片相比，具有接收角大、带宽窄和滤光效率高等优点，在红外探测、遥感、激光雷达和空间光通信等领域有着非常重要的应用。其中铷原子滤光器由于所涉及波段应用方面很重要，在国际、国内均受到特别关注。
传统的法拉第反常色散滤波器（FADOF）频率受限于原子的基态与激发态，现在研发出来的激发态法拉第反常色散滤波器（ESFADOF）可工作于原子激发态与激发态之间，大大拓展了滤波器的工作频率范围。设计ESFADOF的关键是将基态原子激发到低激发态。一般的方法是直接泵浦法，用一个对应波长的激光器将原子从基态激发到低激发态，这种方法虽然简单，但是方法单一。本专利提出一种新的解决方案—间接泵浦法，用两个激光器级联实现将基态原子泵浦到低激发态，为实现两个激发态间工作的ESFADOF奠定基础。这种根据原子能级条件级联的激光器激励方法方案很多，大大拓展了ESFADOF的设计渠道。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，为此，本实用新型采用以下技术方案。
间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，所述装置包括，第一激光器，分光镜；所述分光镜将所述第一激光器发出的信号光分为第一光束和第二光束；
在所述第一光束的光路中，依次设置有第一格兰泰勒棱镜、第二反射镜、第一85Rb铷原子蒸汽室、第三反射镜、第二格兰泰勒棱镜和第一探测器；所述第二反射镜的一侧设置有第二激光器，所述第三反射镜的一侧设置有第三激光器；所述第二激光器发出的信号光由所述第二反射镜和所述第三反射镜反射对打穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室，所述第三激光器发出的信号光由所述第二反射镜和所述第三反射镜反射对打穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室；所述第一光束经所述第一格兰泰勒棱镜起偏后，穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室，经过所述第二格兰泰勒棱镜后，由所述第一探测器接收；所述第一格兰泰勒棱镜和所述第二格兰泰勒棱镜的偏振方向相互垂直；
在所述第二光束的光路中，依次设置有第二85Rb铷原子蒸汽室和第二探测器；所述第一光束穿过所述第二85Rb铷原子蒸汽室，由所述第二探测器接收。
优选的，所述第一激光器为1529nm外腔半导体激光器。
优选的，所述第二激光器为795nm外腔半导体激光器或1324nm外腔半导体激光器。
优选的，所述第三激光器为795nm外腔半导体激光器或1324nm外腔半导体激光器。
优选的，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器的功率为20mw，发射出的光束直径为2mm，线宽小于1MHz，连续调谐大于10GHz。
优选的，所述第一85Rb铷原子蒸汽室和所述第二85Rb铷原子蒸汽室由永磁铁所形成稳恒磁场。
优选的，所述第一85Rb铷原子蒸汽室和所述第二85Rb铷原子蒸汽室的长度为5cm，直径为3cm。
与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器是采用两个级联的激光器可以实现将85Rb原子从基态泵浦到低激发态，这种新方法提供了更多实现ESFADOF的方案，且方法不唯一。
附图说明
图1是本实用新型的间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置的结构示意图。
图2是本实用新型的85Rb能级示意图。
附图标记说明：1、第一激光器；2、第二激光器；3、第三激光器；4、分光镜；5、第一格兰泰勒棱镜；6、第二反射镜；7、第一85Rb铷原子蒸汽室；8、第三反射镜；9、第二格兰泰勒棱镜；10、第一探测器；11、第二85Rb铷原子蒸汽室；12第二探测器。
具体实施方式
下面详述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
如图1所示，间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，包括第一激光器1，分光镜4；所述分光镜4将所述第一激光器1发出的信号光分为第一光束和第二光束；在所述第一光束的光路中，依次设置有第一格兰泰勒棱镜5、第二反射镜6、第一85Rb铷原子蒸汽室7、第三反射镜8、第二格兰泰勒棱镜9和第一探测器10；所述第二反射镜6的一侧设置有第二激光器2，所述第二激光器2发出的信号光由所述第二反射镜6反射穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室7；所述第三反射镜8的一侧设置有第三激光器3，所述第三激光器3发出的信号光由所述第三反射镜8反射穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室7；所述第一光束经所述第一格兰泰勒棱镜5起偏后，穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室7，经过所述第二格兰泰勒棱镜9后，由所述第一探测器10接收；所述第一格兰泰勒棱镜5和所述第二格兰泰勒棱镜9的偏振方向相互垂直；在所述第二光束的光路中，依次设置有第二85Rb铷原子蒸汽室11和第二探测器12；所述第一光束穿过所述第二85Rb铷原子蒸汽室11，由所述第二探测器接收12。
本实施例中，第一激光器为1529nm外腔半导体激光器，第二激光器为795nm外腔半导体激光器（也可以是1324nm外腔半导体激光器），第三激光器为1324nm外腔半导体激光器（也可以是795nm外腔半导体激光器）。信号光由1529nm的外腔半导体激光器产生，经分光镜4分成两束，一束经第二85Rb铷原子蒸汽室11，与铷原子相互作用后被第二探测器12（第二探测器可以是光电探测器）接收，接收到的吸收谱用作频率标定；另一束经第一格兰泰勒棱镜5起偏，变成线偏振光，穿过处在稳恒磁场中的第一85Rb铷原子蒸汽室7，该磁场可由两个放在气泡两侧的永久磁铁产生，经过第二格兰泰勒棱镜9（偏振方向与第一格兰泰勒棱镜5垂直），最后被第一探测器10接收。第一格兰泰勒棱镜5和第二格兰泰勒棱镜9的消光比高达105:1。795nm外腔半导体激光器和1324nm外腔半导体激光器分别由对应的第二反射镜6和第三反射镜8反射对打穿过第一85Rb铷原子蒸汽室7，起到间接泵浦的作用。铷泡长度5cm，外面包裹着加热片，用来加热铷泡气室，温度在室温到300℃连续可调，温标精度0.2℃。永磁铁放置在铷泡四周，通过调节其与铷泡的距离来调节磁场的大小。由于整个装置在厘米的量级，可以近似认为铷泡处在均匀磁场中。外腔半导体激光器波长分别为795nm、1324nm、1529nm，功率均为20mw，发射出的光束直径为2mm，线宽小于1MHz，连续调谐大于10GHz；所用的探测器为1529nm两个探头差分探测的光电探测器，激光器带驱动电源，恒流、温度控制及压电扫描电路。第一85Rb铷原子蒸汽室7和所述第二85Rb铷原子蒸汽室11的尺寸为长5cm，直径为3cm。
如图2所示，间接泵浦85Rb-1529nm –ESFADOF装置是基于85Rb原子能级，将原来直接泵浦的85Rb 52S1/2→52P3/2对应的780nm激光，用85Rb 52S1/2→52P1/2→62S1/2→52P3/2对应的795nm和1324nm激光器级联泵浦代替，该方法中，泵浦的实现方式变得更加灵活，且实现方案不唯一。
我们的信号光波长在1529nm左右，根据铷85原子1529nm 跃迁的超精细能级结构以及偶极跃迁定则，可以由85Rb 52P3/2→42D3/2能级之间跃迁产生。要实现这种激发态之间的跃迁，首先是要将85Rb原子从基态52S1/2泵浦到低激发态52P3/2。以往的方法一般都是直接泵浦法：用一个780nm激光器泵浦即可实现。这种方法优点是简单且只用一个激光器，缺点是方法唯一。本实用新型提供一种新方法：先用795nm激光将85Rb原子从基态52S1/2泵浦到52P1/2，再用1324nm激光将85Rb原子从62S1/2泵浦到52P3/2，即用两个级联的激光器也可以实现将85Rb 原子从基态52S1/2泵浦到低激发态52P3/2。这种新方法虽然使用了两个激光器泵浦，但它提供了更多实现ESFADAOF的方案，且方法不唯一。间接泵浦法制作的85Rb-1529nm-ESFADOF首先将1529nm信号光分成两束，一束通过铷泡形成饱和吸收谱，作为频率参考；另一束通过加了磁场和温度的铷泡形成滤光信号。铷泡温度加热范围是0-300℃，磁场范围300G-800G。用795nm和1324nm激光两边对打穿过85Rb原子气室，起到将基态85Rb原子泵浦到低激发态的作用，然后1529nm信号先经过起偏器起偏，再穿过处于加热磁场中的85Rb原子气室旋光，只有满足条件的1529nm有用信号光能顺利通过第二检偏器的检偏，穿过整个ESFADOF滤光系统，实现滤光。实验中，可以找到最佳温度和磁场下最强滤光信号。
以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围，即凡依本实用新型所作的均等变化与修饰，皆为本实用新型权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。

Claims (7)

1.间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，其特征在于，所述装置包括，第一激光器，分光镜；所述分光镜将所述第一激光器发出的信号光分为第一光束和第二光束；
在所述第一光束的光路中，依次设置有第一格兰泰勒棱镜、第二反射镜、第一85Rb铷原子蒸汽室、第三反射镜、第二格兰泰勒棱镜和第一探测器；所述第二反射镜的一侧设置有第二激光器，所述第三反射镜的一侧设置有第三激光器；所述第二激光器发出的信号光由所述第二反射镜和所述第三反射镜反射对打穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室，所述第三激光器发出的信号光由所述第二反射镜和所述第三反射镜反射对打穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室；所述第一光束经所述第一格兰泰勒棱镜起偏后，穿过所述第一85Rb铷原子蒸汽室，经过所述第二格兰泰勒棱镜后，由所述第一探测器接收；所述第一格兰泰勒棱镜和所述第二格兰泰勒棱镜的偏振方向相互垂直；
在所述第二光束的光路中，依次设置有第二85Rb铷原子蒸汽室和第二探测器；所述第一光束穿过所述第二85Rb铷原子蒸汽室，由所述第二探测器接收。
2.根据权利要求1所述的间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，其特征在于，所述第一激光器为1529nm外腔半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，其特征在于，所述第二激光器为795nm外腔半导体激光器或1324nm外腔半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，其特征在于，所述第三激光器为795nm外腔半导体激光器或1324nm外腔半导体激光器。
5.根据权利要求1所述的间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，其特征在于，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器的功率为20mw，发射出的光束直径为2mm，线宽小于1MHz，连续调谐大于10GHz。
6.根据权利要求1所述的间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，其特征在于，所述第一85Rb铷原子蒸汽室和所述第二85Rb铷原子蒸汽室由永磁铁所形成稳恒磁场。
7.根据权利要求6所述的间接泵浦铷原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，其特征在于，所述第一85Rb铷原子蒸汽室和所述第二85Rb铷原子蒸汽室的长度为5cm，直径为3cm。
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