專利名稱：可變通道超窄線寬原子濾光器的調(diào)整方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變通道超窄線寬原子濾光器的調(diào)整方法及裝置，適用于光纖通訊和自由空間激光通訊，衛(wèi)星與衛(wèi)星、飛船與地面、衛(wèi)星與潛艇、激光雷達(dá)以及其它各種激光遙感或遙測系統(tǒng)。
目前，國際上濾光效果最好的濾光系統(tǒng)是原子濾光器，它們主要包括共振熒光、場電離和法拉第旋轉(zhuǎn)三種類型，它們的特點是只能在大的波長范圍內(nèi)獲得單一的通訊道以及具有與本發(fā)明相比較高的工作溫度較寬的線寬，主要存在問題是1、在開放通道的激光通訊中，如果用同一種頻率的激光進(jìn)行工作，發(fā)射端的強(qiáng)散射光會射入接收系統(tǒng)，在雙向自由空間激光通訊中它將淹沒微弱的接收信號，使得通訊的速度受到限制；2、由于只有一定數(shù)量的原子密度，系統(tǒng)必須工作在一定的溫度，溫度較高，從而影響了系統(tǒng)的使用壽命。
本發(fā)明的目的是提供了一種可變通道超窄線寬原子濾光器的調(diào)整方法及裝置，將一個子能級上的原子抽運(yùn)到另一子能級上，使得發(fā)射與接收在不同的兩個頻道，使收發(fā)可以同時進(jìn)行，提高了通訊速度和能級上的原子密度，降低了系統(tǒng)工作中溫度，從而使系統(tǒng)使用壽命長。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案它由激光器、抽運(yùn)激光束、反射鏡、格蘭棱鏡、透反鏡、隔熱層、加溫器、玻璃樣品泡、光窗、永磁體構(gòu)成，將激光器作為抽運(yùn)激光光源，其發(fā)射的激光束以光學(xué)反射鏡和透反鏡導(dǎo)向或以光纖導(dǎo)向，逆著信號激光的方向，照射工作原子，調(diào)整工作皮長，使其分別對準(zhǔn)兩個超精細(xì)譜線中的一條，獲得頻率不同的線寬更窄的兩個通訊通道，該抽運(yùn)激光的中心工作波長必須遠(yuǎn)離信號激光的工作波長，銫原子-Cs濾光器，可以選用抽運(yùn)激光的工作波長為852nm，信號激光的工作波長為894nm，抽運(yùn)激光的中心工作波長的帶寬必須小于兩個超精細(xì)結(jié)構(gòu)的寬度，銫原子-Cs濾光器，帶寬必須小于9GHz。


圖1為可變通道超窄線原子濾光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為常規(guī)原子濾光器的通訊通道示意圖。
圖3為可變通道超窄線寬原子濾光器訊道之一示意圖。
圖4為可變通道超窄線寬原子濾光器訊道之二示意圖。
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
根據(jù)圖1可知，本裝置由下列部件組成，裝工作物質(zhì)，銫原子-Cs的玻璃樣品泡9處于信號光軸上在濾光器的最里層，緊貼玻璃樣品泡9安放的是感溫器和加溫器8，隔熱層7處于加溫器8和永磁體11之間，起到保溫和部分固定感溫器及加溫器8和玻璃泡樣品泡9的作用，保溫用的光窗10以平板光學(xué)玻璃制成，起到保護(hù)泡外熱空氣作用，永磁體11在濾光器的最外層供濾光器工作用的磁場，兩個格蘭棱鏡4、5工作時處在盡可能的正交狀態(tài)起到起偏和檢偏或濾光作用，格蘭棱鏡5裝在濾光器的前方，格蘭棱鏡4裝在濾光器的后方即靠近光探測器。在原子磁光濾光器上連接光抽運(yùn)激光器1、光學(xué)反射鏡3和透反鏡6。光抽運(yùn)激光束2在屏蔽罩13、14里面通過。屏蔽罩13、14固定在濾光器的外殼12和全反射鏡3的支架上。光抽運(yùn)激光器1由半導(dǎo)體激光二極管和對應(yīng)的侍服系統(tǒng)組成。在侍服系統(tǒng)中，顯示電流和溫度用四位半的數(shù)字表，一旦標(biāo)定不能隨意更換，如需更換必須事先精確較準(zhǔn)。光抽運(yùn)激光器1的半導(dǎo)體激光二極管固定在原子磁光濾器外殼12上，也可以安置在其它合適的空間，具體要求應(yīng)對通訊系統(tǒng)進(jìn)行綜合考慮，并使光抽運(yùn)激光束2能以最好的路徑和方式進(jìn)入玻璃樣品泡9中最大限度地照射工作原子，光學(xué)全反射鏡3固定在激光器的外殼12上或其它上，具體固定方法由通訊系統(tǒng)的總機(jī)綜合考慮。光學(xué)全反射鏡3起到引導(dǎo)光抽運(yùn)激光束2的作用，它必須使抽運(yùn)光束在格蘭棱鏡4前射向透反鏡6。透反鏡6與濾光器的外殼12相接或其它方便的空間，透反鏡6裝在格蘭棱鏡4前，保證格蘭棱鏡4、5的正交不被破壞，透反鏡6與濾光器的光軸成40-50度角(45度為最佳)以保證抽運(yùn)激光盡可能照射工作原子，透反鏡6對抽運(yùn)激光全反，對信號光全透。本濾光器按以下方法進(jìn)行調(diào)整首先加溫度，溫度為40-60攝氏度，將樣品泡加溫至一定的溫度，對于銫原子可以到40-60攝氏度，使得玻璃樣品泡9內(nèi)有足夠的工作原子數(shù)密度，不同的樣品工作原子有不同的溫度范圍；其次啟動光抽運(yùn)激光器1，光抽運(yùn)激光器1預(yù)熱為25-35分鐘，以獲得穩(wěn)定的激光束2輸出，激光束2經(jīng)過全反射鏡3射入透反鏡6，然后由透反鏡6反射到玻璃樣品泡中的工作原子上，最后經(jīng)過另一保溫窗和格蘭棱鏡5射出；再次是調(diào)整半導(dǎo)體激光的工作溫度和工作電流，使其輸出波長工作在原子的精細(xì)共振線上。銫原子-Cs磁光濾光器抽運(yùn)激光的工作波長為852nm，光抽運(yùn)激光器1的工作溫度調(diào)定后不宜改動，精細(xì)調(diào)整工作由電流的調(diào)整來完成，在工作波長852nm附近掃描抽運(yùn)激光器的工作電流，在格蘭棱鏡5前放置另一個接收系統(tǒng)中類似的光探測器即可獲得852nm的超精細(xì)結(jié)構(gòu)的兩條吸收譜線，記錄下每一條譜線所對應(yīng)的工作電流及其工作溫度，以備在通訊工作中使用；第四將工作電流調(diào)至并鎖定在兩個超精細(xì)譜線中的某一條所對應(yīng)的電流讀數(shù)，此時該頻率的透光通道關(guān)閉，被關(guān)閉的通道可以用于自由空間激光通訊的發(fā)射通道，也可以用于光纖通訊的另一通訊頻道，在此狀態(tài)下掃描測試用的信號激光的工作皮長，在894nm附近掃描范圍為20CHz，即可獲得圖3或圖4所示的通訊通道圖，圖3為可變通道超窄線寬原子濾光器訊道之一，它對應(yīng)兩個超精細(xì)譜線中的一條，圖4為可變通道超窄線寬原子濾光器訊道之二，對兩個超精細(xì)譜線中的另一條。如果關(guān)閉光抽運(yùn)激光器1則獲得圖2所示的常規(guī)原子濾光器的道訊通道圖，圖2為常規(guī)原子濾光器的訊道譜。圖2、圖3、圖4的縱軸表示濾光器的透過率(單位％)；橫軸表示掃描的頻率范圍(單位GHz)。信號激光的信號由光電探測系統(tǒng)接收并轉(zhuǎn)換成電信號送給計算機(jī)繪制出。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果1、結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方法可行；2、可控制線寬更窄的兩個通訊通道，發(fā)射光的頻率與接收光的頻率分開，避免了發(fā)射光的強(qiáng)散射對接收系統(tǒng)的影響，提高了接收系統(tǒng)的靈敏度，使通訊距離或探測距離增加，可以同時進(jìn)行雙向自由空間的激光通訊，縮短了通訊時間；3、在光纖通訊中，可以分別作為兩個通訊通道，因而使光纖通訊的容量增加一倍；4、對于同一臺濾光器可以用于不同波長的激光通訊，可以使用同一臺抽運(yùn)激光，只要兩者的工作皮長不一樣，例如銫原子-Cs濾光器抽運(yùn)激光的工作波長852nm，工作波長可以是894nm，也可以是455nm或者459nm，如果工作波長852nm，則抽運(yùn)激光的工作波長應(yīng)換為894nm；5、降低了光噪聲，提高了探測靈敏度，濾光器的透過率高，濾光器可以工作在較低的溫度，從而提高了濾光器的使用壽命。適用國防建設(shè)和民用通訊，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種可變通道超窄線寬原子濾光器的調(diào)整方法及裝置，其特征是A、加溫，將樣品泡加溫，對銫原子達(dá)到40-60°度；B、啟動光抽運(yùn)激光器(1)，抽運(yùn)激光器(1)預(yù)熱為25-35分鐘，以獲得穩(wěn)定的激光束(2)輸出；C、調(diào)整半導(dǎo)體激光的工作溫度和工作電流，使輸出波長工作在原子的精細(xì)共振線上；D、將工作電流調(diào)至并鎖定在兩個超精細(xì)譜線中的一條所對應(yīng)的電流讀數(shù)。
2.一種使用權(quán)利要求1的可變通道超窄線寬原子濾光器的調(diào)整方法及裝置，其特征是光抽運(yùn)激光器(1)的半導(dǎo)體激光二極管固定在濾光器的外殼(12)上，光學(xué)全反射鏡(3)與濾光器的外殼(12)相接，透反鏡(6)與濾光器的外殼(12)相連，透反鏡(6)裝在格蘭棱鏡(4)前。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可變通道超窄線寬原子濾光器的調(diào)整方法及裝置，其特征是透反鏡(6)與濾光器的光軸成40-50度，以45為最佳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可變通道超窄線寬原子濾光器的調(diào)整方法及裝置,首先加溫,將樣品泡加溫,對銫原子可到40—60度;其次是啟動光抽運(yùn)激光器,獲得穩(wěn)定的激光束輸出;再次是調(diào)整半導(dǎo)體激光的工作溫度和電流;使輸出波長工作在原子的精細(xì)共振線上;第四是將工作電流調(diào)至并鎖定在兩個超精細(xì)譜線中一條所對應(yīng)的電流讀數(shù)。光抽運(yùn)激光器的半導(dǎo)體激光二極管固定原子磁光濾光器的外殼上,光學(xué)全反射鏡、透反鏡與濾光器的外殼相連,透反鏡裝在格蘭棱鏡前。控制線寬更窄的兩個通訊道,發(fā)射光的頻率與接收光的頻率分開,提高了接收系統(tǒng)的靈敏度,適用民用通訊。
文檔編號G02B5/20GK1189624SQ9710902
公開日1998年8月5日 申請日期1997年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月29日
發(fā)明者胡志林, 曾錫之 申請人:中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所