一種緊湊型雙通道原子濾光器的製作方法

2023-07-14 11:26:21

專利名稱：一種緊湊型雙通道原子濾光器的製作方法
技術領域：
本發明涉及濾光器，尤其涉及基於反常色散法拉第旋光效應的、超穩定的、超窄帶寬的原子濾光器。
背景技術：
原子濾光器(又名磁光濾光器)作為一種光學濾光器件，具有Pm量級超窄帶寬、超高長期穩定性、可成像等特點，廣泛應用於雷射雷達全天時觀測、太陽高光譜解析度觀測、自由空間光通信等領域(龔順生等，原子濾光及鑑頻技術在光電探測中的應用，雷射與光電子學進展，2010，47 :042301 7。S. D. Harrell, C. -Y. She, et. al. Sodium andpotassium vapor Faraday filters revisited: theory an d applications，J. Opt. Soc.Am. B，2009，26(4): 659 670)。原子濾光器的原理是將原子泡放置在一對正交的偏振稜鏡中間，在適當的溫度和軸向磁場條件下，只有波長與泡中原子產生部分共振吸收且發生90度奇數倍旋轉的入射光才能能順利通過，而其它波長的光被正交的偏振稜鏡抑制，從而達到光學濾光的目的。由於原子濾光器利用偏振旋光效應來濾光，對於入射光為自然光等非線偏振光的情況下，原子濾光器的第一個偏振稜鏡會損失約一半的能量，這在微弱信號檢測中極其不利。因此，國內利用兩套參數完全相同的原子濾光器組合起來使用，一路檢測水平偏振，另一路檢測垂直偏振，達到雙路同時檢測自然光的目的(Daylight rejection with a newreceiver for potassium resonance temperature lidars, Optics letters, 2002,27(21):1932^1934 )。然而，在實際使用中，這種兩個相同參數原子濾光器組合的方式，存在子濾光器的參數不完全相同的問題，並且，這個組合套件的體積和重量都較大，功耗也偏高，光路較長，系統的調整和維護困難。

發明內容
本發明的目的是提供一種緊湊型雙通道原子濾光器，通過採用雙通光孔徑磁體、雙路控溫器和偏振分束/合束器的有機融合，將兩套獨立的原子濾光器融合成緊湊型雙通道原子濾光器，可以實現水平和垂直兩通道的同時濾光，提高了單通道原子濾光器的透射率，降低了系統體積、重量和功耗，同時大大提高了原子濾光器的穩定性，為其推廣應用提供一種有效手段。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案
從左邊入射光過來的光線，經過第一偏振分束器後分為水平和垂直兩路偏振光。垂直偏振光經過第一偏振器起偏後送入第一原子泡，原子泡處於一定的溫度和軸向磁場下，入射線偏振光中與原子泡中原子共振吸收且旋轉90度的奇數倍後，變成水平偏振光順利通過第二偏振器，再經第二偏振分束器90度轉折後送入第四偏振分束器進行合束；同理，水平偏振光經過第三偏振分束器後90度轉折，再經第三偏振器後送入第二原子泡，與原子泡共振且旋轉90度變成垂直偏振光順利通過第四偏振器，再經第四偏振分束器後與來自第二偏振分束器過來的偏振光進行合束，合束後的光線送入後面的光電探測器。兩原子泡分別置於兩控溫爐中，再放置到雙通光孔徑磁體中，其外面採用磁屏蔽盒將磁場屏蔽以防對外幹擾。以上所有器件安裝到光屏蔽盒中，光從光屏蔽盒的左側入光孔射入，從光屏蔽盒的右側出光孔射出。本發明的優點和效果
一種緊湊型雙通道原子濾光器，可以實現水平和垂直兩通道的同時濾光，有效提高了原子濾光器的透射效率，採用雙通光孔徑磁體和雙路恆溫器，可提高雙通道原子濾光器的磁場強度和雙路溫度控制的一致性及控制精度，同時也降低了整個系統的體積、重量以及功耗；對水平和垂直兩路偏振光的分離和合束均採用了偏振分束器，可進一步提高系統的偏振度和帶外抑制能力，為原子濾光器的推廣應用提供一種有效手段。


圖I為一種緊湊型雙通道原子濾光器的示意圖。 其中101光屏蔽盒、102磁屏蔽盒、103第一磁體、104第二磁體、105雙路控溫器、201第一偏振分束器、202第一偏振器、203第一原子泡、204第一控溫爐、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第二控溫爐、305第四偏振器、306第四偏振分束器。圖2為第一磁體103和第二磁體104的立體示意圖。
具體實施例方式實施例由圖I和圖2可知，一種緊湊型雙通道原子濾光器由光屏蔽盒101、磁屏蔽盒102、第一磁體103、第二磁體104、雙路控溫器105、第一偏振分束器201、第一偏振器202、第一原子泡203、第一控溫爐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、第二控溫爐304、第四偏振器305和第四偏振分束器306組成；
第一原子泡203放在第一控溫爐204中，第二原子泡303放在第二控溫爐304中，第一原子泡203與第二原子泡303並排放置，在第一原子泡203和第二原子泡303的兩端分別放置第一磁體103和第二磁體104,第一磁體103和第二磁體104同時置於磁屏蔽盒102的長方體中；
光屏蔽盒101為長方體，左右兩面分別開有進光口和出光口，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的透射方向依次同軸放置，在磁屏蔽盒102的左右面板、第一磁體103、第二磁體104和第一控溫爐204均設置通光孔，這些通光孔均與光屏蔽盒101的進光口同軸，第一偏振器202的偏振方向與第二偏振器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的透射方向依次同軸放置，磁屏蔽盒102的左右面板、第一磁體103、第二磁體104和第二控溫爐304均設置通光孔，這些通光孔均與光屏蔽盒101的出光口同軸，第三偏振器302的偏振方向與第四偏振器305的偏振方向正交；
第一偏振分束器201的反射方向對準第三偏振分束器301的反射方向，第二偏振分束器206的反射方向對準第四偏振分束器306的反射方向；
雙路控溫器105分別與第一控溫爐204和第二控溫爐106連接。本發明的工作過程為
入射光從光屏蔽盒101的進光口進入，經第一偏振分束器201後分成兩路，一路為豎直偏振的透射光，另一路為水平偏振的反射光；透射光經第一偏振器202進入第一原子泡203，在第一控溫爐204提供的恆定溫度及由第一磁體103和第二磁體104共同產生的軸向磁場作用下，豎直偏振的透射光會沿偏振方向旋轉90 度的奇數倍成為水平偏振光，再經水平偏振的第二偏振器205後，經第二偏振分束器206的反射，經第四偏振分束器306反射從光屏蔽盒101的出光口射出；
水平偏振的反射光經第三偏振分束器301反射，再經第三偏振器302進入第二原子泡303，在第二控溫爐304提供的恆定溫度及由第一磁體103和第二磁體104共同產生的軸向 磁場作用下，水平偏振的反射光會沿偏振方向旋轉90 度的奇數倍成為豎直偏振光，再經豎直偏振的第四偏振器305後，入射到第四偏振分束器306，經第四偏振分束器306透射從光屏蔽盒101的出光口射出；
光屏蔽盒101的作用是將所有器件密封起來，用於屏蔽環境光幹擾，磁屏蔽盒102的作用是將第一磁體103和第二磁體104屏蔽起來,組成軸向磁場,避免磁場洩露。
權利要求
1.一種緊湊型雙通道原子濾光器，其特徵在於，該原子濾光器的第一原子泡(203)放在第一控溫爐(204)中，第二原子泡(303)放在第二控溫爐(304)中，第一原子泡(203)與第二原子泡(303)並排放置，在第一原子泡(203)和第二原子泡(303)的兩端分別放置第一磁體(103)和第二磁體(104),第一磁體(103)和第二磁體(104)同時置於磁屏蔽盒(102)的長方體中；光屏蔽盒(101)為長方體,左右兩面分別開有進光口和出光口，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)的透射方向依次同軸放置，在磁屏蔽盒(102)的左右面板、第一磁體(103)、第二磁體(104)和第一控溫爐(204)均設置通光孔，這些通光孔均與光屏蔽盒(101)的進光口同軸，第一偏振器(202)的偏振方向與第二偏振器(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)的透射方向依次同軸放置，磁屏蔽盒(102)的左右面板、第一磁體(103)、第二磁體(104)和第二控溫爐(304)均設置通光孔，這些通光孔均與光屏蔽盒(101)的出光口同軸,第三偏振器(302)的偏振方向與第四偏振器(305)的偏振方向正交；第一偏振分束器(201)的反射方向對準第三偏振分束器(301)的反射方向，第二偏振分束器(206)的反射方向對準第四偏振分束器(306)的反射方向；雙路控溫器(105)分別與第一控溫爐(204)和第二控溫爐(304)連接。
2.一種緊湊型雙通道原子濾光器，其特徵在於，所述的第一控溫爐(204)和第二控溫爐(304)的恆定溫度在50°C 220°C。
3.一種緊湊型雙通道原子濾光器，其特徵在於，所述的第一磁體(103)和第二磁體(104)共同產生的軸向磁場強度在200 Gs 3000Gs。
全文摘要
本發明公開了一種緊湊型雙通道原子濾光器，該原子濾光器由光屏蔽盒(101)、磁屏蔽盒(102)、兩個原子泡(203、303)、兩個磁體(103、104)、兩個控溫爐(204、304)、雙路控溫器105、四個偏振分束器(201、206、301、306)和四個偏振器(202、205、302、305)組成；通過採用雙通光孔徑磁體、雙路控溫器和偏振分束器的有機融合，將兩套獨立的原子濾光器融合成緊湊型雙通道原子濾光器，提高了雙通道原子濾光器的穩定性和一致性，降低了整機系統的體積、重量和功耗，為原子濾光器的長期穩定運行提供了有效手段。
文檔編號G02B27/28GK102902075SQ20121038863
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者程學武, 楊勇, 李發泉, 張俊, 宋沙磊, 林鑫, 武魁軍, 李亞娟, 龔順生 申請人:中國科學院武漢物理與數學研究所