專利名稱：一種1.5微米波段的反常色散濾光器及過濾信號的方法
技術領域：
本發明屬于光電子技術領域，涉及一種利用原子在磁場中產生的反常色散現象進行濾光的原子濾光器及使用該濾光器過濾光通信波段1. 5微米信號光的方法。
背景技術：
1.5微米波段是光通信的重要波段之一。光信號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。利用原子色散效應的濾光器相比利用原子吸收效應的濾光器來說，具有響應速度快，透過率大的特點， 相比傳統的干涉濾光片以及雙折射晶體濾光器來說具有更窄的帶寬，更好的邊帶抑制比， 更大的視場角度，更大的透過率，并且工作頻率在一定范圍內可調諧，在光通信領域有著很大的發展優勢。對于1. 5um波段來說，銣原子是一個很好的選擇，其能級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)，可以用來為 1529nm的光通信信號進行濾波。銣原子的這些躍遷屬于激發態能級之間的躍遷，所以相應的反常色散濾光器應是激發態反常色散濾光器。到目前為止，國際上所有的激發態原子濾光器(ESFAD0F)系統中，泵浦激光都是必不可少的組成部分。它用于將原子從基態泵浦到激發態。具體拿銣原子15 !!的 ESFAD0F來說，需要用一束780nm的激光將原子從基態5S1/2泵浦到第一激發態5P3/2，然后才會對的信號光進行濾光。而且激光頻率的穩定度對泵浦的效果影響也很大，所以通常一套穩頻系統是不可缺少的。泵浦激光系統及其穩頻系統都大大增加了濾光器系統的成本和體積。

發明內容
針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于減少傳統的銣原子15 !! ESFAD0F結構和成本，提出一種新型的濾光器結構，采用無極放電銣原子燈，利用銣燈的射頻功率將銣燈內的原子激發到5P3/2激發態，實現了省去傳統系統結構中昂貴的780nm泵浦激光系統的目的。大大降低了濾光器的成本、體積和復雜度。為了實現上述目的，本發明的技術方案為一種1. 5微米波段的反常色散濾光器過濾信號的方法，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內，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；2)通過一加熱裝置將所述銣燈加熱到設定溫度范圍內，并進行溫度控制；3)為所述銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對目標信號光偏振面進行偏轉；4)調整所述第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對輸入的信號光進行過濾，得到該目標信號光。進一步的，所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述靜磁場方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
進一步的，所述靜磁場、銣燈位于一磁屏蔽盒內。進一步的，通過一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場，其中所述第一磁體和第二磁體極性相對，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。進一步的，通過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，所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內。進一步的，通過一加直流電的射頻耦合線圈提供所述靜磁場，其中所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內；所述靜磁場為一均勻靜磁場，所述靜磁場和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內。進一步的，通過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。進一步的，根據射頻功率激發所述銣燈產生的光的顏色，確定該目標信號光所需的射頻功率。進一步的，所述信號光以設定角度從所述第一起偏器入射面入射；其中，所述信號光與入射面的夾角小于45°。進一步的，所述第二起偏器前設有一干涉濾光片，用于濾除環境光。進一步的，根據所述銣燈中銣原子及其工作能態確定所述靜磁場的磁場大小和方向，使所述銣燈的濾光效果達到最大。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內，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，并設有一加熱裝置。進一步的，所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述靜磁場方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。進一步的，所述靜磁場、銣燈、加熱裝置以及所述射頻耦合線位于一磁屏蔽盒內。進一步的，通過一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場，其中第一磁體和第二磁體極性相對，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。進一步的，所述射頻耦合線圈上分別加一交流電和一直流電，其中通過所加直流電提供所述靜磁場，通過所加交流電提供所需射頻功率。進一步的，所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內； 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。進一步的，所述第二起偏器前設有一干涉濾光片，用于濾除環境光。本發明提供的新型濾光器結構敘述如下。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中，兩個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。本發明還提供一種所述濾光器過濾信號光的方法，包括如下步驟1)根據銣燈中的銣原子調整濾光器中靜磁場的大小和方向；2)加熱元件將銣燈加熱到設定溫度；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，使銣燈發光，銣燈中的工作原子處于激發態；4)通過調節射頻耦合線圈的交流電流調整射頻功率的大小，使整個銣燈體發光顏色呈最鮮艷的紫紅色，此時5P3/2態上能夠聚集最多的原子；5)需過濾的信號光入射角度為以濾光器軸向方向為中心，偏斜45°以內，信號光從第一起偏器件入射后穿過銣燈發生偏振面的旋轉后透過第二起偏器件，獲得過濾后的信號光。與現有技術相比，本發明的積極效果為1)相比于現有技術實現的激發態原子濾光器，本發明由于利用了無極燈不需要一套獨立的穩頻泵浦激光將基態原子泵浦帶激發態，極大地降低了激發態原子濾光器的系統體積和成本。2)本發明由于利用了無極燈，原子的基態和許多激發態都有粒子數布局，所以同一套原子濾光器可以實現幾個從激發態開始和從激發態開始到其他元姿態之間的不同波長的同時濾波效果。


圖1是實施例1的銣原子激發態反常色散原子濾光器結構示意圖；圖2是實施例2的銣原子激發態反常色散原子濾光器結構示意圖；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5S和激發態4P3/2，4D5/2的能級圖；圖4是以實施例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射頻功率的關系，下面的曲線是銣原子對應的15 !!吸收譜參考曲線。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例1本發明的一種實施結構圖如圖1所示，永磁體2和6為環形，中間能透光，第一永磁鐵2和第二永磁鐵6極性相對放置，在軸向形成一個平行的磁場。兩個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，從而形成與軸向垂直的磁場。磁場的不同大小和方向可通過調整第一永磁鐵2和第二永磁鐵6的位置來獲得。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)對加熱溫度進行控制，力口熱元件9和控溫裝置通過電線11與電路盒10電連接，電路盒10為其供電。
上述結構皆置于一磁屏蔽外殼3內，磁屏外殼3兩側壁上各有一套筒(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到最優狀態。在第二起偏器件8的前方還放置有一干涉濾光片7，讓信號光通過，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。實施例1的濾光器濾出信號光的方法1)根據銣燈5中的銣原子以及其工作能態確定最佳的磁場大小，調整濾光器第一永磁鐵2和第二永磁鐵6的位置，調節靜磁場的大小使濾光效果達到最大，當靜磁場的方向與光矢量方向平行時為法拉第(Faraday)濾光器，當靜磁場的方向與光矢量方向垂直時為佛格脫(Voigt)濾光器； 2)電路盒10為加熱元件9供電使銣燈5加熱到設定溫度，控溫裝置對溫度進行控制；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被點亮，銣原子處于激發態；4)調節射頻功率，使銣燈5發光顏色呈最鮮艷的紫紅色；4)需過濾的信號光從第一起偏器件1入射后穿過銣燈5發生偏振面的旋轉后經過干涉濾光片7濾掉燈光，透過第二起偏器件8，獲得需要頻率的信號光。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此方向的入射角，大約45°以內。實施例2本發明的另外一種實施結構如附圖2所示。其結構與實施例1接近，但是較實施例1來說，是利用通電螺旋線圈來產生靜磁場，代替磁鐵。其結構簡述如下。銣燈5設置在磁屏蔽盒3內部，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對銣燈5加熱，控溫裝置對加熱溫度進行控制，加熱元件9可以為加熱圈。 電路盒10通過電線11為加熱元件9供電，同時電路盒10通過電線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，同時為靜磁場線圈和射頻耦合線圈4提供直流電流，產生軸向靜磁場。同時和實施例1 一致，磁屏蔽盒3在軸向的兩端側壁上各有一個套筒，套筒中分別放置一個格蘭棱鏡1和8，1和8的起偏方向需要調節，以致系統對非共振的光的消光比達到最優狀態。在8的前面放置干涉濾光片7，遮擋燈光。實施例2的工作流程和實施例1類似，簡述如下。根據銣原子以及其工作能態確定最佳的磁場大小和方向，設計射頻耦合線圈4的直流電流來調整靜磁場的大小。調整加熱元件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。在銣燈5熄滅的狀態下調節格蘭棱鏡1和8的起偏方向達到最佳消光比。調節線圈4的交流電流，調整供給的射頻功率的大小，以調節銣燈5的發光呈最鮮艷的紫紅色。信號光入射方向與實施例1類似。本發明的優點是，使得銣原子ESFAD0F的體積大大減少，小于0. 2升，其結構和普通的基態FADOF類似，省去泵浦激光，大大減少系統的成本。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對本發明的技術方案進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方案脫離本發明技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種1. 5微米波段的反常色散濾光器過濾信號的方法，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內，且靠近所述第一、二起偏器的兩端可透光；2)通過一加熱裝置將所述銣燈加熱到設定溫度范圍內，并進行溫度控制；3)為所述銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對目標信號光偏振面進行偏轉；4)調整所述第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對輸入的信號光進行過濾，得到該目標信號光。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述靜磁場方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述靜磁場、銣燈位于一磁屏蔽盒內。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于通過一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場，其中所述第一磁體和第二磁體極性相對，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于通過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，所述加熱裝置以及所述射頻耦合線圈位于所述屏蔽盒內。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于通過一加直流電的射頻耦合線圈提供所述靜磁場，其中所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內；所述靜磁場為一均勻靜磁場，所述靜磁場和所述銣燈位于一磁屏蔽盒內。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于通過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。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于根據射頻功率激發所述銣燈產生的光的顏色，確定該目標信號光所需的射頻功率。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述信號光以設定角度從所述第一起偏器入射面入射；其中，所述信號光與入射面的夾角小于45°。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于所述第二起偏器前設有一干涉濾光片，用于濾除環境光。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于根據所述銣燈中銣原子及其工作能態確定所述靜磁場的磁場大小和方向，使所述銣燈的濾光效果達到最大。
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內，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，并設有一加熱裝置。
13.如權利要求12所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述靜磁場方向與銣燈的濾光方向平行或垂直。
14.如權利要求13所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場、銣燈、加熱裝置以及所述射頻耦合線位于一磁屏蔽盒內。
15.如權利要求12或13或14所述的濾光器，其特征在于通過一第一磁體和一第二磁體提供所述靜磁場，其中第一磁體和第二磁體極性相對，平行或垂直于所述銣燈的濾光方向放置。
16.如權利要求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，其中通過所加直流電提供所述靜磁場，通過所加交流電提供所需射頻功率。
17.如權利要求16所述的濾光器，其特征在于所述靜磁場為一均勻靜磁場；所述銣燈放置于所述射頻耦合線圈內；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。
18.如權利要求12所述的濾光器，其特征在于所述第二起偏器前設有一干涉濾光片， 用于濾除環境光。
全文摘要
本發明公開了一種1.5微米波段的反常色散濾光器及過濾信號的方法，屬于光電子技術領域。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)通過一加熱裝置將銣燈加熱到設定溫度范圍內，并進行溫度控制；3)為銣燈提供所需的射頻功率，使銣燈對目標信號光偏振面進行偏轉；4)調整第一起偏器或第二起偏器的偏振方向，對輸入的信號光進行過濾，得到該目標信號光。本濾光器包括第一起偏器、銣燈、第二起偏器；其中，銣燈置于一靜磁場內，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，并設有一加熱裝置。本發明降低了激發態原子濾光器的系統體積和成本，可實現對不同波長同時濾波效果。
文檔編號G02B27/28GK102545004SQ20121004203
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者孫欽青, 陳景標 申請人:北京大學