基于銣原子濾光器的全光開關(guān)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于銣原子濾光器的全光開關(guān)及其方法，這種基于銣原子濾光器的全光開關(guān)，其包括：一個(gè)具有V型能級結(jié)構(gòu)堿金屬銣原子玻璃氣室；兩個(gè)偏振方向互相垂直正交的格蘭泰勒棱鏡；一個(gè)穩(wěn)定的磁場源，用于對所述堿金屬銣原子玻璃氣室產(chǎn)生一均勻強(qiáng)度的磁場；上述堿金屬銣原子玻璃氣室、兩個(gè)偏振方向互相垂直正交的偏振片、穩(wěn)定的磁場源一起組成標(biāo)準(zhǔn)的原子濾光器；一套420nm激光器，用于原子濾光器全光開光的控制部分；一套780nm激光器，用于銣原子濾光器全光開光的光開關(guān)性能測試和應(yīng)用波長。本發(fā)明的有益效果是：設(shè)計(jì)原理明晰，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，開關(guān)性能好，工作穩(wěn)定，壽命長。
【專利說明】基于銣原子濾光器的全光開關(guān)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光全光開關(guān)技術(shù)和激光光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于原子濾光器的全光開關(guān)，尤其涉及一種基于V型能級結(jié)構(gòu)的銣原子法拉第反常色散效應(yīng)的原子濾光器全光開關(guān)以及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全光開光在許多特殊領(lǐng)域，如非接觸式測量檢測、特殊條件下的光通信、全光設(shè)備與器件等方面，越來越受到重視。目前已有的全光開光技術(shù)包括非線性干涉儀型全光開關(guān)、光學(xué)雙穩(wěn)全光開關(guān)、光限制全光開關(guān)、納米光子學(xué)全光開關(guān)、液晶全光開關(guān)、磁光全光開關(guān)、光放大全光開關(guān)、表面等離子激元全光開關(guān)等，但是在文獻(xiàn)資料中尚無基于原子濾光器的全光開關(guān)的內(nèi)容、研究、報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，開關(guān)性能好，工作穩(wěn)定，壽命長的基于銣原子濾光器的全光開關(guān)及其方法。
[0004]這種基于銣原子濾光器的全光開關(guān)，其包括:
[0005]一個(gè)具有V型能級結(jié)構(gòu)堿金屬銣原子玻璃氣室；
[0006]兩個(gè)偏振方向互相垂直正交的格蘭泰勒棱鏡，分別放置于如上所述堿金屬銣原子玻璃氣室兩側(cè)且正對所述堿金屬原子泡，所述堿金屬銣原子玻璃氣室中的銣原子可與激光產(chǎn)生充分的旋光作用；
[0007]—個(gè)穩(wěn)定的磁場源，用于對所述堿金屬銣原子玻璃氣室產(chǎn)生一均勻強(qiáng)度的磁場，所述均勻磁場的磁場方向平行于光傳播方向；以及一個(gè)溫度控制電路系統(tǒng)，用于控制所述堿金屬銣原子玻璃氣室的穩(wěn)定溫度；
[0008]上述堿金屬銣原子玻璃氣室、兩個(gè)偏振方向互相垂直正交的偏振片、穩(wěn)定的磁場源一起組成標(biāo)準(zhǔn)的原子濾光器；
[0009]一套420nm激光器，其波長工作于銣原子對應(yīng)的5S-6P譜線上，用于激發(fā)銣原子。所述激光具有將銣原子從基態(tài)F = 2能級泵浦6p再弛豫到F = I能級的功能，用于原子濾光器全光開光的控制部分，6P能級壽命較短，420nm激光器可將F = 2上的原子轉(zhuǎn)運(yùn)到F =I上；
[0010]一套780nm激光器，其波長工作于銣原子對應(yīng)的5S-5P譜線上，用于銣原子濾光器全光開光的光開關(guān)性能測試和應(yīng)用波長；所述780nm激光具體對應(yīng)銣原子基態(tài)F = 2能級到5P譜線的波長，用于全光開光的應(yīng)用測試部分。
[0011]這種基于銣原子濾光器的全光開關(guān)方法，其步驟包括:
[0012]I)利用一充有堿金屬銣原子玻璃氣室、兩個(gè)偏振片、一磁場源和一溫度控制系統(tǒng)、一套420nm激光器和一套780nm激光器組建上述原子濾光器全光開關(guān)；
[0013]2)調(diào)節(jié)所述兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡的偏振方向至互相正交垂直；[0014]3)利用溫度控制電路系統(tǒng)對所述堿金屬銣原子玻璃氣室進(jìn)行溫度控制；
[0015]4)利用420nm激光器控制堿金屬銣原子玻璃氣室中銣原子在F = 2基態(tài)的原子數(shù)目，在F = 2基態(tài)的銣原子數(shù)目具體決定了在均勻磁場中的法拉第反常色散效應(yīng)對入射光780nm激光進(jìn)行旋光的大小，因此,420nm激光器是銣原子濾光器的全光開關(guān)的控制光路。
[0016]5)利用入射光780nm激光測試銣原子濾光器的全光開關(guān)的性能和應(yīng)用特性；當(dāng)420nm控制激光器不與銣原子作用時(shí)，原子濾光器對780nm激光是開路，即780nm激光可以通過開關(guān)，而一旦420nm激光器將銣原子從基態(tài)F = 2能級泵浦到F = I能級，對應(yīng)銣原子基態(tài)F = 2能級到5P譜線的780nm波長激光就不能通過開關(guān)。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:通過法拉第反常色散效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)V型能級結(jié)構(gòu)原子濾光器全光開關(guān)，對V型能級結(jié)構(gòu)原子，比如銣87原子，一旦有另一束激光,如420nm激光,可以用于將基態(tài)F = 2上的原子泵浦到F = I的能態(tài)后，對應(yīng)的5S基態(tài)F = 2到激發(fā)態(tài)的780nm原子濾光器的透過率就將受到420nm激光直接控制，由此法拉第反常色散效應(yīng)原理，在合適能級結(jié)構(gòu)銣原子上，可以實(shí)現(xiàn)由420nm激光控制的基于原子濾光器的780nm激光全光開關(guān)。本發(fā)明的基于銣原子濾光器的全光開關(guān)，設(shè)計(jì)原理明晰，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，開關(guān)性能好，工作穩(wěn)定，壽命長，對特殊條件下的激光通信、非接觸式控制和檢測等領(lǐng)域具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于銣原子濾光器的全光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的銣原子相關(guān)能級結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的銣原子濾光器的全光開關(guān)的流程圖；
[0021]附圖標(biāo)記說明:780nm外腔激光器1、格蘭泰勒棱鏡2、處于磁場中的堿金屬銣原子玻璃氣室3、420nm全反780nm高透鏡4、格蘭泰勒棱鏡5、420nm外腔激光器6、780nm激光光束7。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)知道，并不表示本發(fā)明限制在所述實(shí)施例中。相反，本發(fā)明將涵蓋可包含在有附后權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。
[0023]法拉第反常色散原子濾光器(簡稱原子濾光器)具有高透過率、窄帶寬、高邊帶抑制比等優(yōu)點(diǎn)，在對信噪比要求較高時(shí)，如自由空間光通信、激光布里淵光譜、激光單模穩(wěn)頻、等方面有重要應(yīng)用。
[0024]原子濾光器的透過率決定于參與作用的確定體積內(nèi)原子數(shù)目，對V型能級結(jié)構(gòu)原子，一旦有另一束激光可以用于泵浦原子到其他原子態(tài)時(shí)，原子濾光器的透過率就將受到直接控制，本發(fā)明利用此原理實(shí)現(xiàn)基于原子濾光器的全光開關(guān)。本發(fā)明中我們利用銣原子作為例子，具體描述和說明基于V型能級結(jié)構(gòu)原子濾光器的全光開關(guān)以及其方法，以此新原理技術(shù)最終可實(shí)現(xiàn)原子濾光器全光開關(guān)。
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于銣原子濾光器的全光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。該原子全光開關(guān)包括:780nm外腔激光器1、格蘭泰勒棱鏡2、處于磁場中的堿金屬銣原子玻璃氣室3、420nm全反780nm高透鏡4、格蘭泰勒棱鏡5、420nm外腔激光器6和780nm激光光束7。
[0026]780nm激光從外腔激光器I射出，經(jīng)過格蘭泰勒棱鏡2,到達(dá)處于磁場中的堿金屬銣原子玻璃氣室3,通過420nm全反780nm高透鏡4,接著通過格蘭泰勒棱鏡5形成出射的780nm應(yīng)用測試光束。420nm激光從外腔激光器6射出，經(jīng)過420nm全反780nm高透鏡4的反射進(jìn)入處于磁場中的堿金屬銣原子玻璃氣室3。格蘭泰勒棱鏡2與格蘭泰勒棱鏡5是具有起偏和檢偏功能的器件，分別放置于銣原子玻璃氣室3的兩側(cè)，兩個(gè)棱鏡平行，其所在平面與光傳播方向垂直；兩個(gè)棱鏡的偏振方向互相垂直，以使在沒有激光與原子相互作用時(shí)，沒有光能從格蘭泰勒棱鏡5出射。均勻強(qiáng)度的磁場沿光傳播方向。420nm和780nm激光光束處于相同高度，中心都在光傳播路徑上重疊。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(shí)堿金屬原子蒸汽的溫度，其加熱部分對銣原子玻璃氣室3的進(jìn)行加熱，并保證沒有原子凝結(jié)到銣原子玻璃氣室3的玻璃端面上阻礙光通過；測溫部分緊貼銣原子玻璃氣室進(jìn)行溫度測量。
[0027]在上述實(shí)施例中，均勻磁場是通過永磁體產(chǎn)生，也可通過螺旋線圈等方式產(chǎn)生均勻磁場。
[0028]在上述實(shí)施例中，光學(xué)器件材質(zhì)可為玻璃或石英；原子泡的材質(zhì)可為玻璃或石英；溫度控制系統(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。
[0029]在上述實(shí)施例中，銣原子玻璃氣室3內(nèi)充入純銣氣體，并混充一定比例的惰性氣體。
[0030]圖2為應(yīng)用上述基于銣原子濾光器的全光開關(guān)的方法流程圖，包括如下步驟:
[0031]步驟101:利用一套780nm外腔激光器，一套420nm外腔激光器，一個(gè)處于磁場中充有銣原子玻璃氣室、兩個(gè)正交偏振格蘭泰勒棱鏡、一溫度控制系統(tǒng)等組建上述實(shí)施例的基于銣原子濾光器全光開關(guān)；
[0032]步驟102:利用780nm外腔激光器，調(diào)節(jié)所述兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡的偏振方向至互相垂直，利用該兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡對780nm入射光進(jìn)行調(diào)節(jié)，780nm激光具體對應(yīng)銣原子基態(tài)F = 2能級到5P譜線的波長，在一定溫度和磁場下達(dá)到最優(yōu)780nm原子濾光性能；
[0033]步驟103:利用420nm外腔激光器，將銣原子從基態(tài)F = 2能級泵浦到F = I能級，從而可以利用420nm激光控制780nm激光透過率，實(shí)現(xiàn)基于銣原子濾光器的全光開關(guān)。
[0034]上述實(shí)施例的基于銣原子濾光器的全光開關(guān)，還可包括一金屬外殼，用于固定和保護(hù)各個(gè)元件，并通過嚴(yán)格的尺寸、公差設(shè)計(jì)使各元件處于準(zhǔn)確的相互位置；該外殼還能夠屏蔽外界電磁干擾。
[0035]上述實(shí)施例的基于銣原子濾光器的全光開關(guān)，通過利用充有銣原子并且其基態(tài)F=2能級原子數(shù)目由一 420nm激光泵浦控制，改變了其與激光相互作用原子數(shù)目，使其呈現(xiàn)可控的780nm濾光效果，實(shí)現(xiàn)全光開關(guān)；利用溫度控制系統(tǒng)，對堿金屬原子泡進(jìn)行恒溫控制，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；加上外殼的設(shè)計(jì)，可以屏蔽掉外界電磁干擾，保證全光開關(guān)信噪比較聞。
【權(quán)利要求】
1.一種基于銣原子濾光器的全光開關(guān)及其方法，其特征在于，包括: 一個(gè)具有V型能級結(jié)構(gòu)堿金屬銣原子玻璃氣室； 兩個(gè)偏振方向互相垂直正交的格蘭泰勒棱鏡，分別放置于如上所述堿金屬銣原子玻璃氣室兩側(cè)且正對所述堿金屬原子泡，所述堿金屬銣原子玻璃氣室中的銣原子可與激光產(chǎn)生充分的旋光作用； 一個(gè)穩(wěn)定的磁場源，用于對所述堿金屬銣原子玻璃氣室產(chǎn)生一均勻強(qiáng)度的磁場，所述均勻磁場的磁場方向平行于光傳播方向；以及一個(gè)溫度控制電路系統(tǒng)，用于控制所述堿金屬銣原子玻璃氣室的穩(wěn)定溫度； 所述堿金屬銣原子玻璃氣室、兩個(gè)偏振方向互相垂直正交的偏振片、穩(wěn)定的磁場源一起組成標(biāo)準(zhǔn)的原子濾光器； 一套420nm激光器，其波長工作于銣原子對應(yīng)的5S-6P譜線上,用于激發(fā)銣原子；所述激光具有將銣原子從基態(tài)F = 2能級泵浦6p再弛豫到F = I能級的功能，用于原子濾光器全光開光的控制部分，6P能級壽命較短，420nm激光器可將F = 2上的原子轉(zhuǎn)運(yùn)到F = I上； 一套780nm激光器，其波長工作于銣原子對應(yīng)的5S-5P譜線上，用于銣原子濾光器全光開光的光開關(guān)性能測試和應(yīng)用波長；所述780nm激光具體對應(yīng)銣原子基態(tài)F = 2能級到5P譜線的波長，用于全光開光的應(yīng)用測試部分。
2.—種權(quán)利要求1所述的基于銣原子濾光器的全光開關(guān)方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)利用一充有堿金屬銣原子玻璃氣室、兩個(gè)偏振片、一磁場源和一溫度控制系統(tǒng)、一套420nm激光器和一套780nm激光器組建上述原子濾光器全光開關(guān)； 2)調(diào)節(jié)所述兩個(gè)格蘭泰勒棱鏡的偏振方向至互相正交垂直； 3)利用溫度控制電路系統(tǒng)對所述堿金屬銣原子玻璃氣室進(jìn)行溫度控制； 4)利用420nm激光器控制堿金屬銣原子玻璃氣室中銣原子在F= 2基態(tài)的原子數(shù)目，在F = 2基態(tài)的銣原子數(shù)目具體決定了在均勻磁場中的法拉第反常色散效應(yīng)對入射光780nm激光進(jìn)行旋光的大小，因此，420nm激光器是銣原子濾光器的全光開關(guān)的控制光路； 5)利用入射光780nm激光測試銣原子濾光器的全光開關(guān)的性能和應(yīng)用特性；當(dāng)420nm控制激光器不與銣原子作用時(shí)，原子濾光器對780nm激光是開路，即780nm激光可以通過開關(guān)，而一旦420nm激光器將銣原子從基態(tài)F = 2能級泵浦到F = I能級，對應(yīng)銣原子基態(tài)F=2能級到5P譜線的780nm波長激光就不能通過開關(guān)。
【文檔編號】G02B27/28GK103996966SQ201410226712
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】畢崗, 蔡春峰, 凌俐 申請人:浙江大學(xué)城市學(xué)院