CN207782133U - 级联激光器铯原子激发态法拉第反常色散滤波器装置 - Google Patents
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Abstract
级联激光器铯原子激发态法拉第反常色散滤波器装置，包括，第一激光器，分光镜；分光镜将第一激光器发出的信号光分为第一光束和第二光束；在第一光束的光路中，依次设置有第一格兰泰勒棱镜、第二反射镜、第一Cs原子蒸汽室、第三反射镜、第二格兰泰勒棱镜和第一探测器；第二反射镜的一侧设置有第二激光器，第三反射镜的一侧设置有第三激光器；第一格兰泰勒棱镜和第二格兰泰勒棱镜的偏振方向相互垂直；第一Cs原子蒸汽室外部设置有磁场屏蔽盒，磁场屏蔽盒内设有磁铁；在第二光束的光路中，依次设置有第二Cs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Cs原子从基态泵浦到低激发态，提供了更多实现ESFADOF的方案，且方法不唯一。
Description
技术领域
本实用新型属于激光光谱测量领域，涉及一种级联激光器铯原子激发态法拉第反常色散滤波器装置。
背景技术
滤光器是指从强背景光中提取微弱的有用信号光的器件，在自由空间光通信、雷达、光遥感等领域滤光环节发挥着极其重要的作用。传统滤光器一般包括五种：原子共振滤光器，双折射滤光器，法布里-珀罗干涉滤光器，可调谐声光滤光器和法拉第反常色散原子滤光器（简称FADOF）。其中FADOF由于其突出的优点脱颖而出。它具备窄带宽、高透射率、大视场角、高噪声抑制比的特性，滤光效果好；具备响应速度快的优点，可以应用于实时成像；制成的器件具有小型化特征，可以集成在大型器件当中，方便使用；而且工作波长和通带宽度可在一定的范围内调谐。传统的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。
一般设计ESFADOF的关键是将基态原子激发到低激发态。一般的方法是用一个对应波长的激光器将原子从基态激发到低激发态，由于从基态到低激发态的波长的唯一性，决定了此方法的唯一性。本专利提出一种新的解决方案--用两个激光器级联来实现将基态原子泵浦到低激发态，实现低激发态上原子的布局数。可以先泵浦到某一高激发态，然后原子自发辐射到低激发态。由于原子能级丰富，这样可设计发方法就很多，用不同波长的激光器级联即可，大大拓展了设计ESFADOF的渠道。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种级联激光器铯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。
级联激光器铯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Cs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Cs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Cs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Cs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；所述第一Cs原子蒸汽室外部设置有磁场屏蔽盒，所述磁场屏蔽盒内部设置有磁铁，所述磁铁在所述磁场屏蔽盒内形成纵向均匀磁场；
在所述第二光束的光路中，依次设置有第二Cs原子蒸汽室和第二探测器；所述第一光束穿过所述第二Cs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3614nm外腔半导体激光器。
优选的，所述第二激光器为894nm外腔半导体激光器或1359nm外腔半导体激光器。
优选的，所述第三激光器为894nm外腔半导体激光器或1359nm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Cs原子蒸汽室和所述第二Cs原子蒸汽室由永磁铁所形成稳恒磁场。
优选的，所述第一Cs原子蒸汽室和所述第二Cs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：级联激光器铯原子激发态法拉第反常色散滤波器装置是采用两个级联的激光器可以实现将Cs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是本实用新型的级联激光器铯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Cs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Cs原子蒸汽室；12第二探测器；13、磁场屏蔽盒。
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，级联激光器铯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Cs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Cs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Cs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Cs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Cs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Cs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3614nm外腔半导体激光器，第二激光器为894nm外腔半导体激光器（也可以是1359nm外腔半导体激光器），第三激光器为1359nm外腔半导体激光器（也可以是894nm外腔半导体激光器）。信号光由3614nm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Cs原子蒸汽室11，与铯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Cs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。894nm外腔半导体激光器和1359nm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Cs原子蒸汽室7，起到间接泵浦的作用。第一Cs原子蒸汽室7外部设置有磁场屏蔽盒13，磁场屏蔽盒内部设置有磁铁，所述磁铁在所述磁场屏蔽盒内形成纵向均匀磁场。铯泡长度5cm，外面包裹着加热片，用来加热铯泡气室，温度在室温到300℃连续可调，温标精度0.2℃。永磁铁放置在铯泡四周，通过调节其与铯泡的距离来调节磁场的大小。由于整个装置在厘米的量级，可以近似认为铯泡处在均匀磁场中。为了消除外磁场对实验的影响，为ESFADOF滤光装置外加了磁场屏蔽盒。外腔半导体激光器波长分别为894nm、1359nm、3614nm，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3614nm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Cs原子蒸汽室7和所述第二Cs原子蒸汽室11的尺寸为长5cm，直径为3cm。
如图2所示，级联激光器Cs –3614nm –ESFADOF装置是基于Cs原子能级，将原来直接泵浦的Cs 62S1/2→62P3/2对应的852nm激光，用Cs 62S1/2→62P1/2→72S1/2→62P3/2对应的894nm和1359nm级联泵浦代替，如图1所示。用这种方法，泵浦的实现方式变得更加灵活，可选方案增多。
我们的信号光波长在3614nm，根据铯原子3614nm 跃迁的超精细能级结构以及偶极跃迁定则，可以由Cs 62P3/2→52D3/2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Cs原子从基态62S1/2泵浦到低激发态62P3/2，实现低激发态62P3/2上的原子布居数。以往的方法一般都是直接泵浦法，即用852nm激光将Cs 原子从基态62S1/2泵浦到低激发态62P3/2。这种方法固然简单，但方法单一。如果先用894nm激光将Cs原子从基态62S1/2泵浦到62P1/2，再用1359nm激光将Cs原子从62P1/2泵浦到72S1/2，即用两个级联的激光器也可以实现将Cs 原子从62S1/2泵浦62P3/2。这种方案不唯一，但它提供了更多实现ESFADAOF的方案。
级联激光器泵浦法制作的Cs –3614nm –ESFADOF首先将3614nm信号光分成两束，一束通过铯原子气室形成饱和吸收谱，作为频率参考；另一束通过加了磁场和温度的铯原子气室形成滤光信号。铯原子气室温度加热范围是0-300℃，磁场范围300G-800G。用894nm和1359nm激光两边对打穿过Cs原子气室，起到将基态Cs原子泵浦到低激发态的作用，然后3614nm信号光先经过起偏器起偏，再穿过处于加热磁场中的Cs原子气室旋光，只有满足条件的3614nm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.级联激光器铯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Cs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Cs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Cs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Cs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；所述第一Cs原子蒸汽室外部设置有磁场屏蔽盒，所述磁场屏蔽盒内部设置有磁铁，所述磁铁在所述磁场屏蔽盒内形成纵向均匀磁场；
在所述第二光束的光路中，依次设置有第二Cs原子蒸汽室和第二探测器；所述第一光束穿过所述第二Cs原子蒸汽室，由所述第二探测器接收。
2.根据权利要求1所述的级联激光器铯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3614nm外腔半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的级联激光器铯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894nm外腔半导体激光器或1359nm外腔半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的级联激光器铯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894nm外腔半导体激光器或1359nm外腔半导体激光器。
5.根据权利要求1所述的级联激光器铯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所述的级联激光器铯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Cs原子蒸汽室和所述第二Cs原子蒸汽室由永磁铁所形成稳恒磁场。
7.根据权利要求6所述的级联激光器铯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Cs原子蒸汽室和所述第二Cs原子蒸汽室的长度为5cm，直径为3cm。
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