本發(fā)明涉及光頻波段帶阻陷波器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原子旋光帶阻陷波器及其使用方法。

背景技術(shù)：

光頻段的帶阻陷波器（此后簡稱陷波器）具有在特定波長上窄帶帶阻陷波特性，在阻帶之外具有高透過率、阻帶內(nèi)高抑制比等多種特有優(yōu)點。光頻段的帶阻陷波器在激光布里淵光譜、生物活體組織成像、激光和原子頻譜過濾等不同基礎(chǔ)科學研究和光譜應(yīng)用領(lǐng)域都有著普遍而重要的廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的光頻段的帶阻陷波器，是通過多次鍍膜技術(shù)實現(xiàn)的干涉片型帶阻陷波器，其兩個缺點：一是阻帶帶寬太寬，高達納米到幾個納米量級；第二個缺點是阻帶的中心波長隨入射光角度變化，沒有一個絕對值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種窄帶帶阻窄，精度高的基于原子躍遷譜線的光頻段的飽和吸收和原子旋光組合效應(yīng)的帶阻陷波器。

為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：

原子旋光帶阻陷波器，包括充有原子氣體的第一原子氣室；兩個在光的偏振方向上互相平行的格蘭泰勒棱鏡，分別置于第一原子氣室的兩側(cè)，且正對第一原子氣室，所述第一原子氣室中的氣體原子，在加上外磁場的條件下可與激光產(chǎn)生充分的法拉第旋光作用；一個穩(wěn)定的靜磁場源，作用于第一原子氣室，對第一原子氣室產(chǎn)生一靜態(tài)均勻磁場，磁場的磁場方向平行于激光傳播方向；充有原子氣體的第二原子氣室，正對激光射出方向上的格蘭泰勒棱鏡，可與激光發(fā)生飽和吸收效應(yīng)；兩個溫度控制電路系統(tǒng)，分別作用于第一原子氣室和第二原子氣室，分別控制第一原子氣室和第二原子氣室溫度處于穩(wěn)定。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，第一原子氣室和第二原子氣室中充堿金屬銣原子氣體。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，第一原子氣室和第二原子氣室中充惰性氣體。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，磁場大小在250高斯到700高斯之間，第一原子氣室范圍內(nèi)磁場的梯度值小于8高斯。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，第一原子氣室的溫度范圍在80攝氏度到150攝氏度之間；第二原子氣室的溫度范圍在120攝氏度到170攝氏度之間。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，控溫精度在0.5攝氏度內(nèi)。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，通過環(huán)形永磁體或螺旋線圈產(chǎn)生磁場。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，第一原子氣室和第二原子氣室的容器材質(zhì)為玻璃或石英。

一種原子旋光帶阻陷波器的使用方法，包括以下步驟：

1）用充堿金屬銣原子氣體的第一原子氣室及第二原子氣室、兩個格蘭泰勒棱鏡或偏振片、一靜磁場源和兩個溫度控制系統(tǒng)組建原子旋光帶阻陷波器；

2）調(diào)節(jié)兩個格蘭泰勒棱鏡或偏振片的偏振方向相互平行，利用它們對入射激光進行選光；

3）調(diào)節(jié)作用于第一原子氣室的溫度控制系統(tǒng)，使第一原子氣室的溫度范圍在80攝氏度到150攝氏度之間，調(diào)節(jié)作用于第二原子氣室的溫度控制系統(tǒng)，使第二原子氣室的溫度范圍在120攝氏度到170攝氏度之間；

4）調(diào)節(jié)作用于第一原子氣室的靜磁場源，使第一原子氣室范圍內(nèi)的靜態(tài)磁場大小在250高斯到700高斯之間；利用堿金屬銣原子氣體在外磁場的作用下的法拉第反常色散效應(yīng)，使入射激光產(chǎn)生旋光，并配合格蘭泰勒棱鏡或偏振片進行入射激光在銣原子躍遷譜線對應(yīng)的特定波長上的陷波；

5）從步驟4）出射的激光進入第二原子氣室，利用堿金屬銣原子氣體在特定溫度下的飽和吸收效應(yīng)對入射激光進行特定波長上的飽和吸收處理。

作為優(yōu)選技術(shù)方案，步驟1）中的第一原子氣室及第二原子氣室的長度在2厘米到6厘米之間；步驟3）中的控溫精度在0.5攝氏度以內(nèi)；步驟4）中，在第一原子氣室范圍內(nèi)磁場的梯度值小于8高斯。

本發(fā)明利用了原子的固有能級躍遷譜線具有的波長特性，利用在原子躍遷波長處可控的法拉第反常色散效應(yīng)和飽和吸收效應(yīng)，構(gòu)建了一種小體積的集成化的原子旋光帶阻陷波器，其中第一原子氣室在調(diào)節(jié)好溫度和外加靜磁場的條件下產(chǎn)生旋光效應(yīng)，第二原子氣室在特定溫度下產(chǎn)生飽和吸收，兩個氣室的組合效應(yīng)得到在特定波長上窄帶帶阻陷波特性。本發(fā)明在阻帶之外具有高透過率，阻帶內(nèi)具有高抑制比。本發(fā)明具有以下優(yōu)點，一是阻帶帶寬很窄，小到幾個皮米甚至幾個飛米量級，比傳統(tǒng)的干涉片型帶阻陷波器帶寬小幾個數(shù)量級；二是阻帶的中心波長決定于原子躍遷譜線，非常穩(wěn)定，具有一個絕對值，與射光入射角度無關(guān)。設(shè)計原理明晰，結(jié)構(gòu)非常簡單，易于制造，性能好，工作穩(wěn)定，壽命長，對特殊條件下的激光和原子頻譜超高精度識別，激光布里淵光譜與生物活體組織高精密成像等領(lǐng)域具有廣泛重要意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1中銣原子旋光帶阻陷波器的相關(guān)能級圖。

圖3為本發(fā)明的使用步驟示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本專利的優(yōu)選實施方案作進一步詳細的說明。

實施例1：

本實施例是基于銣原子氣體在躍遷波長處的法拉第反常色散效應(yīng)和飽和吸收效應(yīng)構(gòu)建的原子旋光帶阻陷波器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括起旋光作用的充堿金屬銣原子氣體的第一原子氣室3；兩個在光的偏振方向上互相平行的格蘭泰勒棱鏡1、5，分別置于第一原子氣室3的兩側(cè)，且正對第一原子氣室3；兩個作為靜磁場源的環(huán)形永磁體2，用于對第一原子氣室3產(chǎn)生一靜態(tài)均勻磁場，磁場的磁場方向平行于激光傳播方向；起飽和吸收作用的充堿金屬銣原子氣體的第二原子氣室6；兩個溫度控制電路系統(tǒng)，分別作用于第一原子氣室6和第二原子氣室6，分別控制第一原子氣室3和第二原子氣室6溫度處于穩(wěn)定。

將激光經(jīng)過格蘭泰勒棱鏡1，到達第一原子氣室3，接著通過格蘭泰勒棱鏡5，得到出射的應(yīng)用測試光束。格蘭泰勒棱鏡1與格蘭泰勒棱鏡5是具有起偏和檢偏功能的器件，格林泰勒棱鏡1、5所在平面與激光傳播方向垂直。設(shè)置格林泰勒棱鏡1、5的偏振方向之間的平行度誤差小于1.5度，激光在第一原子氣室3中產(chǎn)生充分的法拉第旋光作用后，頻率在銣原子固有頻率附近的光被有效截止，而頻率遠離銣原子固有頻率附近的光能從格蘭泰勒棱鏡5出射，激光從格蘭泰勒棱鏡5出射后，再通過起飽和吸收作用的第二原子氣室6，兩個氣室的組合效應(yīng)得到在特定波長上窄帶帶阻陷波特性。

第一原子氣室3和第二原子氣室6的容器材質(zhì)及偏振片的材質(zhì)為玻璃或石英。溫度控制電路系統(tǒng)包括加熱部分和測溫部分，用于穩(wěn)定系統(tǒng)工作時第一原子氣室6和第二原子氣室6中堿金屬銣原子蒸汽的溫度，其加熱部分對第一原子氣室6和第二原子氣室6進行加熱，并保證沒有原子凝結(jié)到第一原子氣室6和第二原子氣室6的容器端面上阻礙光通過；測溫部分緊第一原子氣室6和第二原子氣室6進行溫度測量。溫度控制電路系統(tǒng)可用加熱絲或加熱芯片方式加熱，用熱敏電阻或熱電偶測溫。加熱部分和測溫部分配合，使第一原子氣室的溫度范圍在80攝氏度到150攝氏度之間，第二原子氣室的溫度范圍在120攝氏度到170攝氏度之間，且控溫精度在0.5攝氏度以內(nèi)。

在上述實施例中，磁場通過永磁體產(chǎn)生，也可通過螺旋線圈等方式產(chǎn)生磁場。具體實施的磁場參數(shù)條件為，控制靜態(tài)均勻磁場大小在250高斯到700高斯之間可調(diào)節(jié)，并使在原子氣室范圍內(nèi)磁場的梯度值小于8高斯。

如圖2和圖3所示，上述原子旋光帶阻陷波器的使用方法包括以下步驟：

1）用充堿金屬銣原子氣體的第一原子氣室及第二原子氣室、兩個格蘭泰勒棱鏡或偏振片、一靜磁場源和兩個溫度控制系統(tǒng)組建上述實施例的原子旋光帶阻陷波器；

2）調(diào)節(jié)兩個格蘭泰勒棱鏡或偏振片的偏振方向相互平行，利用它們對入射激光進行選光；

3）調(diào)節(jié)作用于第一原子氣室的溫度控制系統(tǒng)，使第一原子氣室的溫度范圍在80攝氏度到150攝氏度之間，調(diào)節(jié)作用于第二原子氣室的溫度控制系統(tǒng)，使第二原子氣室的溫度范圍在120攝氏度到170攝氏度之間；

4）調(diào)節(jié)作用于第一原子氣室的靜磁場源，使第一原子氣室范圍內(nèi)的靜態(tài)磁場大小在250高斯到700高斯之間；利用堿金屬銣原子氣體在外磁場的作用下的法拉第反常色散效應(yīng)，使入射激光產(chǎn)生旋光，并配合格蘭泰勒棱鏡或偏振片進行入射激光在銣原子躍遷譜線對應(yīng)的特定波長上的陷波；

5）從步驟4）出射的激光進入第二原子氣室，利用堿金屬銣原子氣體在特定溫度下的飽和吸收效應(yīng)對入射激光進行特定波長上的飽和吸收處理，通過組合效應(yīng)就可以得到與銣原子躍遷譜線對應(yīng)的780nm，795nm等銣原子躍遷波長的原子旋光帶阻陷波器；

上述實施例的基于氣室原子旋光帶阻陷波器，還可包括一金屬外殼，用于固定和保護各個元件，并通過嚴格的尺寸、公差設(shè)計使各元件處于準確的相互位置；該外殼還能夠屏蔽外界電磁干擾。

上述實施例的基于氣室原子旋光帶阻陷波器，利用溫度控制系統(tǒng)，對堿金屬原子泡進行恒溫控制，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；加上外殼的設(shè)計，可以屏蔽掉外界電磁干擾，保證氣室原子旋光帶阻陷波器的信噪比較高。

上述實施例僅是為了說明本發(fā)明的原理，而非用于限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不違背本發(fā)明的技術(shù)原理及精神下，對實施例作修改與變化，比如可以利用不同種類氣體原子氦、氖、氬、氪、氙，或者堿金屬銣銫、鉀、鈉，甚至混合型的混合鉀和鈉等原子，甚至惰性氣體，達到其它不同波長的氣室原子旋光帶阻陷波器的目的和效果。本發(fā)明的保護范圍應(yīng)如權(quán)利要求所述。