一种基于法拉第反常色散的微型原子滤光器及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于法拉第反常色散的微型的法拉第原子滤光器及其实现方法，包括：碱金属原子气室，两侧的通光孔镀有与碱金属原子吸收线对应波长的增透膜，内部充有缓冲气体；永磁铁或线圈，包裹在碱金属原子气室的周围，产生平行于光传播方向的均匀强磁场；第一、第二偏振片，分别位于碱金属原子气室的两侧且正对碱金属原子气室；两个偏振片的偏振方向相互垂直；温度控制系统，对碱金属原子气室加热同时进行保温，对温度进行探测且控温。本发明专利技术将法拉第原子滤光器的体积缩小为主流的1/1000，机械稳定性更强，适用范围更广，有望实现即插即用的功能，极大地拓宽了法拉第原子滤光器在空间通信、激光技术、量子信息、计量等领域的应用。的应用。的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于法拉第反常色散的微型原子滤光器及其实现方法


[0001]本专利技术涉及原子滤光技术和激光
，尤其涉及一种基于法拉第反常色散的微型原子滤光器及其实现方法。

技术介绍

[0002]基于法拉第反常色散效应的法拉第原子滤光器具有窄带宽、高透过率、高信噪比、可长期稳定运行、对外界温度不敏感的优点，适合应用于温度变化剧烈的恶劣环境，例如：野外环境。
[0003]但是，现存的法拉第原子滤光器尺寸较大，大部分气室体积大于5.3cm3，无法产生磁场强度能满足法拉第旋光要求，且均匀性足够好的磁场。以目前主流的长度为30mm，直径为15mm的圆筒形玻璃气室为例，若要在其中心对称轴上产生1000Gs的磁场，需要的磁铁及其固定结构的体积将大于0.5dm3，这是限制原子滤光器的体积缩小的主要因素，并且在该方案中，磁场不均匀性超过了20％，对原子滤光器的旋光性能也有不小的影响。
[0004]除磁场限制以外，气室的体积越大，气室温度控制的难度越大。一方面，大体积原子滤光器在气室两端的通光面容易出现原子冷凝现象，导致原子滤光器无法正常工作，需要较为复杂的保温结构设计，来确保不会发生原子冷凝，这进一步增大了原子滤光器的体积，原子滤光器的体积甚至大于1dm3；另一方面，大体积原子滤光器升温所需要的加热功率更高，升温所需时间更长，这会使得原子滤光器启动时间和正常工作时的功耗增大，不利于工程应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于法拉第反常色散的微型原子滤光器及其实现方法，本专利技术克服现存法拉第原子滤光器技术中存在的体积大的问题，提供了一种利用微型原子气室以及其对应的磁铁(或螺旋线圈)、控温装置和偏振元件实现微型法拉第原子滤光器，以及应用该原子滤光器进行滤光的方法，详见下文描述：
[0006]一种基于法拉第反常色散的微型的法拉第原子滤光器，所述法拉第原子滤光器包括：
[0007]碱金属原子气室，两侧的通光孔镀有与碱金属原子吸收线对应波长的增透膜，内部充有缓冲气体；
[0008]永磁铁或线圈，包裹在碱金属原子气室的周围，产生平行于光传播方向的均匀强磁场；
[0009]第一、第二偏振片，分别位于碱金属原子气室的两侧且正对碱金属原子气室；两个偏振片的偏振方向相互垂直；
[0010]温度控制系统，对碱金属原子气室加热同时进行保温，对温度进行探测且控温。
[0011]其中，所述温度控制系统包括：
[0012]加热模块，用于对碱金属原子气室进行加热，通过保温材料进行保温；
[0013]热敏电阻或热电偶，用于温度探测；
[0014]温度反馈控制电路，用于控温，控温精度高于0.01度。
[0015]进一步地，所述第一、第二偏振片分别用于起偏和检偏。
[0016]其中，所述永磁铁是一中空的圆柱体，在圆柱体中心产生一段长度与充有缓冲气体的气泡长度相适应的均匀强磁场。
[0017]进一步地，所述法拉第原子滤光器还包括：一外壳，用于固定碱金属原子气室、永磁铁或线圈、第一、第二偏振片及温度控制系统。
[0018]其中，所述外壳以聚氨酯泡沫保温材料作为内部填充，聚四氟乙烯材料作为外部材料。
[0019]第二方面、一种基于法拉第反常色散的微型的法拉第原子滤光器的滤光实现方法，所述方法包括：
[0020]利用设计好的外壳，将充有缓冲气体的铯原子气室、永磁铁、第一、第二偏振片组装在一起，原子气室表面的加热片和热敏电阻外接温度控制模块；
[0021]调节第一、第二偏振片的偏振方向，使两者相互正交；
[0022]升高温度，气室内铯原子吸收线在磁场的作用下发生分裂，分为两条，使得入射光中的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在穿过铯原子气室后出现光程差，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光叠加的线偏振光的偏振方向发生旋转，实现旋光；
[0023]调节温度选择最合适的工作点。
[0024]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0025]1、本专利技术将法拉第原子滤光器的体积缩小为主流的1/1000，机械稳定性更强，适用范围更广，有望实现即插即用的功能，极大地拓宽了法拉第原子滤光器在空间通信、激光技术、量子信息、计量等领域的应用；
[0026]2、本专利技术设计的微型法拉第原子滤光器更容易在碱金属原子气室范围内产生均匀的强磁场，提高原子滤光器的旋光性能；
[0027]3、由于微型原子滤光器中碱金属原子气室体积小，容易设计控温效果更好的温度控制系统，在降低功耗的同时，增强了原子滤光器对外界温度变化的抗干扰能力。
附图说明
[0028]图1为微型法拉第原子滤光器的结构示意图；
[0029]其中：1、第一偏振片；2、永磁铁或线圈；3、碱金属原子气室；4、第二偏振片；5、温度控制系统。箭头方向为光传输方向，B的方向是磁场方向。
[0030]图2为该微型法拉第原子滤光器中3mm气室范围内的磁场分布示意图；
[0031]图3为微型法拉第原子滤光器进行滤光的流程图；
[0032]图4为微型法拉第原子滤光器的一个实施效果示意图。
[0033]其中，磁场强度为1000Gs，缓冲气体压强为5托，曲线分别为不同温度下该原子滤光器的透射谱。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步
地详细描述。
[0035]实施例1
[0036]一种微型的法拉第原子滤光器，参见图1，该法拉第原子滤光器包括：
[0037]一个微型的碱金属原子气室3，材质为石英或玻璃，碱金属原子气室3两侧的通光孔镀有与碱金属原子吸收线对应波长的增透膜，碱金属原子气室3的内部充有缓冲气体；
[0038]一个永磁铁或线圈2，包裹在碱金属原子气室3的周围，产生平行于光传播方向的均匀强磁场；
[0039]第一偏振片1、第二偏振片4，分别位于碱金属原子气室3的两侧且正对碱金属原子气室；两个偏振片(1和4)的偏振方向互相垂直；
[0040]一个温度控制系统5，利用内部的加热模块对碱金属原子气室3进行加热，由导热系数低于0.05W/(m*K)的保温材料进行保温，温度控制系统5使用内部的热敏电阻或热电偶进行温度探测，由自带的温度反馈控制电路进行控温，控温精度高于0.01度。
[0041]进一步地，该微型法拉第原子滤光器还包括：一外壳，用于固定上述各元件(部件标号为1
‑
5)并加强保温。
[0042]实施例2
[0043]下面结合图2和图3对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：
[0044]图1为本专利技术实施例设计的微型法拉第原子滤光器的结构示意图。该原子滤光器由：第一偏振片1、永磁铁或线圈2、原子气室3的内部充有惰性气体的原子气泡3、第二偏振片4、温度控制系统5组成。
[0045]其中，第一偏振片1是一种偏振元件，只有激光的偏振方向与第一偏振片1的方向相同时，激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于法拉第反常色散的微型的法拉第原子滤光器，其特征在于，所述法拉第原子滤光器包括：碱金属原子气室，两侧的通光孔镀有与碱金属原子吸收线对应波长的增透膜，内部充有缓冲气体；永磁铁或线圈，包裹在碱金属原子气室的周围，产生平行于光传播方向的均匀强磁场；第一、第二偏振片，分别位于碱金属原子气室的两侧且正对碱金属原子气室；两个偏振片的偏振方向相互垂直；温度控制系统，对碱金属原子气室加热同时进行保温，对温度进行探测且控温。2.根据权利要求1所述的一种基于法拉第反常色散的微型的法拉第原子滤光器，其特征在于，所述温度控制系统包括：加热模块，用于对碱金属原子气室进行加热，通过保温材料进行保温；热敏电阻或热电偶，用于温度探测；温度反馈控制电路，用于控温，控温精度高于0.01度。3.根据权利要求1所述的一种基于法拉第反常色散的微型的法拉第原子滤光器，其特征在于，所述第一、第二偏振片分别用于起偏和检偏。4.根据权利要求1所述的一种基于法拉第反常色散的微型的法拉第原子滤光器，其特征在于，所述永磁铁是一中空的圆柱体，在圆柱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，刘子捷，史田田，周海慧，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：