專利名稱：一種1.5微米波段的反常色散濾光器及過(guò)濾信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用原子在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的反常色散現(xiàn)象進(jìn)行濾光的原子濾光器及使用該濾光器過(guò)濾光通信波段1. 5微米信號(hào)光的方法。
背景技術(shù)：
1.5微米波段是光通信的重要波段之一。光信號(hào)容易受日光星光等雜散光的干擾， 濾光器的作用就是屏蔽信號(hào)光頻率以外的其他頻率的干擾光，因此必不可少。利用原子色散效應(yīng)的濾光器相比利用原子吸收效應(yīng)的濾光器來(lái)說(shuō)，具有響應(yīng)速度快，透過(guò)率大的特點(diǎn)， 相比傳統(tǒng)的干涉濾光片以及雙折射晶體濾光器來(lái)說(shuō)具有更窄的帶寬，更好的邊帶抑制比， 更大的視場(chǎng)角度，更大的透過(guò)率，并且工作頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)諧，在光通信領(lǐng)域有著很大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。對(duì)于1. 5um波段來(lái)說(shuō)，銣原子是一個(gè)很好的選擇，其能級(jí)5P3/2-4D5/2， 5P3/2-4D3/2之間的躍遷頻率分別是1529. 37nm, 1529. 26nm (真空波長(zhǎng))，可以用來(lái)為 1529nm的光通信信號(hào)進(jìn)行濾波。銣原子的這些躍遷屬于激發(fā)態(tài)能級(jí)之間的躍遷，所以相應(yīng)的反常色散濾光器應(yīng)是激發(fā)態(tài)反常色散濾光器。到目前為止，國(guó)際上所有的激發(fā)態(tài)原子濾光器(ESFAD0F)系統(tǒng)中，泵浦激光都是必不可少的組成部分。它用于將原子從基態(tài)泵浦到激發(fā)態(tài)。具體拿銣原子15 !!的 ESFAD0F來(lái)說(shuō)，需要用一束780nm的激光將原子從基態(tài)5S1/2泵浦到第一激發(fā)態(tài)5P3/2，然后才會(huì)對(duì)的信號(hào)光進(jìn)行濾光。而且激光頻率的穩(wěn)定度對(duì)泵浦的效果影響也很大，所以通常一套穩(wěn)頻系統(tǒng)是不可缺少的。泵浦激光系統(tǒng)及其穩(wěn)頻系統(tǒng)都大大增加了濾光器系統(tǒng)的成本和體積。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于減少傳統(tǒng)的銣原子15 !! ESFAD0F結(jié)構(gòu)和成本，提出一種新型的濾光器結(jié)構(gòu)，采用無(wú)極放電銣原子燈，利用銣燈的射頻功率將銣燈內(nèi)的原子激發(fā)到5P3/2激發(fā)態(tài)，實(shí)現(xiàn)了省去傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中昂貴的780nm泵浦激光系統(tǒng)的目的。大大降低了濾光器的成本、體積和復(fù)雜度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種1. 5微米波段的反常色散濾光器過(guò)濾信號(hào)的方法，其步驟為1)在濾光光路中依次放置一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；其中，所述銣燈置于一靜磁場(chǎng)內(nèi)，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；2)通過(guò)一加熱裝置將所述銣燈加熱到設(shè)定溫度范圍內(nèi)，并進(jìn)行溫度控制；3)為所述銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對(duì)目標(biāo)信號(hào)光偏振面進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；4)調(diào)整所述第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行過(guò)濾，得到該目標(biāo)信號(hào)光。進(jìn)一步的，所述靜磁場(chǎng)為一均勻靜磁場(chǎng)；所述靜磁場(chǎng)方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
進(jìn)一步的，所述靜磁場(chǎng)、銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，通過(guò)一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場(chǎng)，其中所述第一磁體和第二磁體極性相對(duì)，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。進(jìn)一步的，通過(guò)一射頻耦合線圈為所述銣燈提供所需射頻功率；其中，所述銣燈位于所述射頻耦合線圈內(nèi)，所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，通過(guò)一加直流電的射頻耦合線圈提供所述靜磁場(chǎng)，其中所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內(nèi)；所述靜磁場(chǎng)為一均勻靜磁場(chǎng)，所述靜磁場(chǎng)和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，通過(guò)在所述射頻耦合線圈上加一交流電，提供所述射頻功率；所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，根據(jù)射頻功率激發(fā)所述銣燈產(chǎn)生的光的顏色，確定該目標(biāo)信號(hào)光所需的射頻功率。進(jìn)一步的，所述信號(hào)光以設(shè)定角度從所述第一起偏器入射面入射；其中，所述信號(hào)光與入射面的夾角小于45°。進(jìn)一步的，所述第二起偏器前設(shè)有一干涉濾光片，用于濾除環(huán)境光。進(jìn)一步的，根據(jù)所述銣燈中銣原子及其工作能態(tài)確定所述靜磁場(chǎng)的磁場(chǎng)大小和方向，使所述銣燈的濾光效果達(dá)到最大。一種1. 5微米波段的反常色散濾光器，其特征在于包括濾光光路中依次放置的一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；其中，所述銣燈置于一靜磁場(chǎng)內(nèi)，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；所述銣燈外繞有一射頻耦合線圈，并設(shè)有一加熱裝置。進(jìn)一步的，所述靜磁場(chǎng)為一均勻靜磁場(chǎng)；所述靜磁場(chǎng)方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。進(jìn)一步的，所述靜磁場(chǎng)、銣燈、加熱裝置以及所述射頻耦合線位于一磁屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，通過(guò)一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場(chǎng)，其中第一磁體和第二磁體極性相對(duì)，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。進(jìn)一步的，所述射頻耦合線圈上分別加一交流電和一直流電，其中通過(guò)所加直流電提供所述靜磁場(chǎng)，通過(guò)所加交流電提供所需射頻功率。進(jìn)一步的，所述靜磁場(chǎng)為一均勻靜磁場(chǎng)；所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內(nèi)； 所述加熱裝置、射頻耦合線圈和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。進(jìn)一步的，所述第二起偏器前設(shè)有一干涉濾光片，用于濾除環(huán)境光。本發(fā)明提供的新型濾光器結(jié)構(gòu)敘述如下。所述銣燈為一玻璃泡，玻璃泡中充有自然銣原子和緩沖氣體，玻璃泡外繞有射頻耦合線圈，加熱元件固定在銣燈上，用于加熱銣燈，銣燈置于兩磁鐵或通電螺旋線圈形成的均勻靜磁場(chǎng)中，兩個(gè)起偏器放置在銣燈的兩端，銣燈靠近起偏器件的兩端可透光，還包括一濾光片，位于第二起偏器件和銣燈之間。本發(fā)明還提供一種所述濾光器過(guò)濾信號(hào)光的方法，包括如下步驟1)根據(jù)銣燈中的銣原子調(diào)整濾光器中靜磁場(chǎng)的大小和方向；2)加熱元件將銣燈加熱到設(shè)定溫度；3)銣燈的射頻耦合線圈為銣燈提供頻率為50MHz至300MHz的射頻功率，使銣燈發(fā)光，銣燈中的工作原子處于激發(fā)態(tài)；4)通過(guò)調(diào)節(jié)射頻耦合線圈的交流電流調(diào)整射頻功率的大小，使整個(gè)銣燈體發(fā)光顏色呈最鮮艷的紫紅色，此時(shí)5P3/2態(tài)上能夠聚集最多的原子；5)需過(guò)濾的信號(hào)光入射角度為以濾光器軸向方向?yàn)橹行?，偏?5°以內(nèi)，信號(hào)光從第一起偏器件入射后穿過(guò)銣燈發(fā)生偏振面的旋轉(zhuǎn)后透過(guò)第二起偏器件，獲得過(guò)濾后的信號(hào)光。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為1)相比于現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的激發(fā)態(tài)原子濾光器，本發(fā)明由于利用了無(wú)極燈不需要一套獨(dú)立的穩(wěn)頻泵浦激光將基態(tài)原子泵浦帶激發(fā)態(tài)，極大地降低了激發(fā)態(tài)原子濾光器的系統(tǒng)體積和成本。2)本發(fā)明由于利用了無(wú)極燈，原子的基態(tài)和許多激發(fā)態(tài)都有粒子數(shù)布局，所以同一套原子濾光器可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)從激發(fā)態(tài)開始和從激發(fā)態(tài)開始到其他元姿態(tài)之間的不同波長(zhǎng)的同時(shí)濾波效果。


圖1是實(shí)施例1的銣原子激發(fā)態(tài)反常色散原子濾光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例2的銣原子激發(fā)態(tài)反常色散原子濾光器結(jié)構(gòu)示意圖；1-第一起偏器件；2-第一永磁體；3-磁屏蔽外殼；4-射頻耦合線圈；5-銣燈； 6-第二永磁體；7-干涉濾光片；8-第二起偏器件；9-加熱元件；10-電路盒；11-電線；圖3是銣原子的兩種同位素85Rb和87Rb基態(tài)5S和激發(fā)態(tài)4P3/2，4D5/2的能級(jí)圖；圖4是以實(shí)施例1的銣原子法拉第反常色散原子濾光器的濾光效果和不同電壓時(shí)射頻功率的關(guān)系，下面的曲線是銣原子對(duì)應(yīng)的15 !!吸收譜參考曲線。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1本發(fā)明的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，永磁體2和6為環(huán)形，中間能透光，第一永磁鐵2和第二永磁鐵6極性相對(duì)放置，在軸向形成一個(gè)平行的磁場(chǎng)。兩個(gè)永磁體也可以不采用圖1的放置方式，而放置于銣燈5的上下方，極性相對(duì)，從而形成與軸向垂直的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的不同大小和方向可通過(guò)調(diào)整第一永磁鐵2和第二永磁鐵6的位置來(lái)獲得。第一永磁鐵2和第二永磁鐵6之間為銣燈5，銣燈5為一圓柱形玻璃泡，玻璃泡中充有銣原子和緩沖氣體，緩沖氣體基本是惰性氣體，如氬，氪、氙；銣燈5外繞有射頻耦合線圈4，電路盒10通過(guò)電線11與射頻耦合線圈4電連接為射頻耦合線圈4供電。銣燈5上固定有加熱元件9，可以是加熱片，還固定有控溫裝置(圖中未顯示)對(duì)加熱溫度進(jìn)行控制，力口熱元件9和控溫裝置通過(guò)電線11與電路盒10電連接，電路盒10為其供電。
上述結(jié)構(gòu)皆置于一磁屏蔽外殼3內(nèi)，磁屏外殼3兩側(cè)壁上各有一套筒(圖中未顯示)，套筒中各有一起偏器件，為第一起偏器件1和第二起偏器件8，第一起偏器件1和第二起偏器件8的起偏方向需使非共振的光的消光比達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。在第二起偏器件8的前方還放置有一干涉濾光片7，讓信號(hào)光通過(guò)，最大程度的阻擋燈光輸出。第一起偏器件1和第二起偏器件8為格蘭棱鏡。實(shí)施例1的濾光器濾出信號(hào)光的方法1)根據(jù)銣燈5中的銣原子以及其工作能態(tài)確定最佳的磁場(chǎng)大小，調(diào)整濾光器第一永磁鐵2和第二永磁鐵6的位置，調(diào)節(jié)靜磁場(chǎng)的大小使濾光效果達(dá)到最大，當(dāng)靜磁場(chǎng)的方向與光矢量方向平行時(shí)為法拉第(Faraday)濾光器，當(dāng)靜磁場(chǎng)的方向與光矢量方向垂直時(shí)為佛格脫(Voigt)濾光器； 2)電路盒10為加熱元件9供電使銣燈5加熱到設(shè)定溫度，控溫裝置對(duì)溫度進(jìn)行控制；3)電路盒10為射頻耦合線圈4供電，為銣燈5提供60MHz至200MHz的射頻功率， 銣燈5被點(diǎn)亮，銣原子處于激發(fā)態(tài)；4)調(diào)節(jié)射頻功率，使銣燈5發(fā)光顏色呈最鮮艷的紫紅色；4)需過(guò)濾的信號(hào)光從第一起偏器件1入射后穿過(guò)銣燈5發(fā)生偏振面的旋轉(zhuǎn)后經(jīng)過(guò)干涉濾光片7濾掉燈光，透過(guò)第二起偏器件8，獲得需要頻率的信號(hào)光。激光可以沿著濾光器的圖一所示的光傳播方向入射，也可以有一定的相對(duì)此方向的入射角，大約45°以內(nèi)。實(shí)施例2本發(fā)明的另外一種實(shí)施結(jié)構(gòu)如附圖2所示。其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1接近，但是較實(shí)施例1來(lái)說(shuō)，是利用通電螺旋線圈來(lái)產(chǎn)生靜磁場(chǎng)，代替磁鐵。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述如下。銣燈5設(shè)置在磁屏蔽盒3內(nèi)部，射頻耦合線圈4繞在銣燈5外，同樣不要和銣燈5 碰觸，加熱元件9對(duì)銣燈5加熱，控溫裝置對(duì)加熱溫度進(jìn)行控制，加熱元件9可以為加熱圈。 電路盒10通過(guò)電線11為加熱元件9供電，同時(shí)電路盒10通過(guò)電線11為射頻耦合線圈4 供電，電路盒10打開后給銣燈5供給射頻功率，同時(shí)為靜磁場(chǎng)線圈和射頻耦合線圈4提供直流電流，產(chǎn)生軸向靜磁場(chǎng)。同時(shí)和實(shí)施例1 一致，磁屏蔽盒3在軸向的兩端側(cè)壁上各有一個(gè)套筒，套筒中分別放置一個(gè)格蘭棱鏡1和8，1和8的起偏方向需要調(diào)節(jié)，以致系統(tǒng)對(duì)非共振的光的消光比達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。在8的前面放置干涉濾光片7，遮擋燈光。實(shí)施例2的工作流程和實(shí)施例1類似，簡(jiǎn)述如下。根據(jù)銣原子以及其工作能態(tài)確定最佳的磁場(chǎng)大小和方向，設(shè)計(jì)射頻耦合線圈4的直流電流來(lái)調(diào)整靜磁場(chǎng)的大小。調(diào)整加熱元件9和控溫裝置，使銣燈5加熱到最佳溫度。選擇合適的格蘭棱鏡1 和8以及濾光片7，組合濾光器系統(tǒng)。在銣燈5熄滅的狀態(tài)下調(diào)節(jié)格蘭棱鏡1和8的起偏方向達(dá)到最佳消光比。調(diào)節(jié)線圈4的交流電流，調(diào)整供給的射頻功率的大小，以調(diào)節(jié)銣燈5的發(fā)光呈最鮮艷的紫紅色。信號(hào)光入射方向與實(shí)施例1類似。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，使得銣原子ESFAD0F的體積大大減少，小于0. 2升，其結(jié)構(gòu)和普通的基態(tài)FADOF類似，省去泵浦激光，大大減少系統(tǒng)的成本。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種1. 5微米波段的反常色散濾光器過(guò)濾信號(hào)的方法，其步驟為1)在濾光光路中依次放置一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；其中，所述銣燈置于一靜磁場(chǎng)內(nèi)，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；2)通過(guò)一加熱裝置將所述銣燈加熱到設(shè)定溫度范圍內(nèi)，并進(jìn)行溫度控制；3)為所述銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對(duì)目標(biāo)信號(hào)光偏振面進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；4)調(diào)整所述第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行過(guò)濾，得到該目標(biāo)信號(hào)光。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述靜磁場(chǎng)為一均勻靜磁場(chǎng)；所述靜磁場(chǎng)方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述靜磁場(chǎng)、銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于通過(guò)一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場(chǎng)，其中所述第一磁體和第二磁體極性相對(duì)，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于通過(guò)一射頻耦合線圈為所述銣燈提供所需射頻功率；其中，所述銣燈位于所述射頻耦合線圈內(nèi)，所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)一加直流電的射頻耦合線圈提供所述靜磁場(chǎng)，其中所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內(nèi)；所述靜磁場(chǎng)為一均勻靜磁場(chǎng)，所述靜磁場(chǎng)和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于通過(guò)在所述射頻耦合線圈上加一交流電，提供所述射頻功率；所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)射頻功率激發(fā)所述銣燈產(chǎn)生的光的顏色，確定該目標(biāo)信號(hào)光所需的射頻功率。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述信號(hào)光以設(shè)定角度從所述第一起偏器入射面入射；其中，所述信號(hào)光與入射面的夾角小于45°。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述第二起偏器前設(shè)有一干涉濾光片，用于濾除環(huán)境光。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)所述銣燈中銣原子及其工作能態(tài)確定所述靜磁場(chǎng)的磁場(chǎng)大小和方向，使所述銣燈的濾光效果達(dá)到最大。
12.—種1.5微米波段的反常色散濾光器，其特征在于包括濾光光路中依次放置的一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；其中，所述銣燈置于一靜磁場(chǎng)內(nèi)，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；所述銣燈外繞有一射頻耦合線圈，并設(shè)有一加熱裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場(chǎng)為一均勻靜磁場(chǎng)；所述靜磁場(chǎng)方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
14.如權(quán)利要求13所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場(chǎng)、銣燈、加熱裝置以及所述射頻耦合線位于一磁屏蔽盒內(nèi)。
15.如權(quán)利要求12或13或14所述的濾光器，其特征在于通過(guò)一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場(chǎng)，其中第一磁體和第二磁體極性相對(duì)，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。
16.如權(quán)利要求12所述的濾光器，其特征在于所述射頻耦合線圈上分別加一交流電和一直流電，其中通過(guò)所加直流電提供所述靜磁場(chǎng)，通過(guò)所加交流電提供所需射頻功率。
17.如權(quán)利要求16所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場(chǎng)為一均勻靜磁場(chǎng)；所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內(nèi)；所述加熱裝置、射頻耦合線圈和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內(nèi)。
18.如權(quán)利要求12所述的濾光器，其特征在于所述第二起偏器前設(shè)有一干涉濾光片， 用于濾除環(huán)境光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種1.5微米波段的反常色散濾光器及過(guò)濾信號(hào)的方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。本方法為1)在濾光光路中依次放置一第一起偏器、一銣燈、一第二起偏器；2)通過(guò)一加熱裝置將銣燈加熱到設(shè)定溫度范圍內(nèi)，并進(jìn)行溫度控制；3)為銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對(duì)目標(biāo)信號(hào)光偏振面進(jìn)行偏轉(zhuǎn)；4)調(diào)整第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行過(guò)濾，得到該目標(biāo)信號(hào)光。本濾光器包括第一起偏器、銣燈、第二起偏器；其中，銣燈置于一靜磁場(chǎng)內(nèi)，且靠近第一、二起偏器的兩端可透光；銣燈外繞有一射頻耦合線圈，并設(shè)有一加熱裝置。本發(fā)明降低了激發(fā)態(tài)原子濾光器的系統(tǒng)體積和成本，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長(zhǎng)同時(shí)濾波效果。
文檔編號(hào)G02B27/28GK102545004SQ20121004203
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者孫欽青, 陳景標(biāo) 申請(qǐng)人:北京大學(xué)