間接泵浦法制作85Rb-1529nm-ESFADOF

劉振輝 凌俐 蔡銀杰 丁國(guó)益

摘 要：本文在激光光譜測(cè)量領(lǐng)域，利用間接泵浦法制作銣原子1529nm激發(fā)態(tài)法拉第反常色散光學(xué)濾波器（簡(jiǎn)稱(chēng)： 85Rb-1529nm-ESFADOF），提供了一種多渠道實(shí)現(xiàn)指定波長(zhǎng)的ESFADOF的制作方法。

關(guān)鍵詞：精密激光光譜;1529納米;激發(fā)態(tài)法拉第反常色散光學(xué)濾波器

1 引言

激光光譜學(xué)技術(shù)是六十年代初發(fā)展起來(lái)的一門(mén)以原子理論、量子理論、光學(xué)技術(shù)和電子技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)，在許多科學(xué)、醫(yī)藥和技術(shù)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，其重要性日益得到重視。原子濾光器就是其中一種涉及高精密激光光譜的濾波技術(shù)，它是基于原子吸收發(fā)射和內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的物理過(guò)程的一種濾光器件，與干涉濾光片和雙折射濾光片相比，具有接收角大、帶寬窄和濾光效率高等優(yōu)點(diǎn)，在紅外探測(cè)、遙感、激光雷達(dá)和空間光通信等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。其中銣原子濾光器由于所涉及波段的應(yīng)用很重要，在國(guó)際、國(guó)內(nèi)均受到特別關(guān)注。

傳統(tǒng)的法拉第反常色散濾波器（FADOF）頻率受限于原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)，現(xiàn)在研發(fā)出來(lái)的激發(fā)態(tài)法拉第反常色散濾波器（ESFADOF）可工作于原子激發(fā)態(tài)與激發(fā)態(tài)之間，大大拓展了濾波器的工作頻率范圍。設(shè)計(jì)ESFADOF的關(guān)鍵是將基態(tài)原子激發(fā)到低激發(fā)態(tài)。一般的方法是直接泵浦法，用一個(gè)對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光器將原子從基態(tài)激發(fā)到低激發(fā)態(tài)，這種方法雖然簡(jiǎn)單，但是方法單一。本文提出一種新的解決方案----間接泵浦法，用兩個(gè)激光器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)將基態(tài)原子泵浦到低激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)激發(fā)態(tài)間工作的ESFADOF奠定基礎(chǔ)。這種根據(jù)原子能級(jí)條件級(jí)聯(lián)的激光器激勵(lì)方法方案很多，大大拓展了ESFADOF的設(shè)計(jì)渠道。

2 研究方法

間接泵浦85Rb-1529nm-ESFADOF裝置是基于85Rb原子能級(jí)，將原來(lái)直接泵浦的85Rb 52S1/2→52P3/2對(duì)應(yīng)的780nm激光，用85Rb 52S1/2→52P1/2→62S1/2→52P3/2對(duì)應(yīng)的795nm和1324nm激光器級(jí)聯(lián)泵浦代替，如圖1所示。該方法中，泵浦的實(shí)現(xiàn)方式變得更加靈活，且實(shí)現(xiàn)方案不唯一。

3 討論

間接泵浦法制作的85Rb-1529nm-ESFADOF首先將1529nm信號(hào)光分成兩束，一束通過(guò)銣泡形成飽和吸收譜，作為頻率參考;另一束通過(guò)加了磁場(chǎng)和溫度的銣泡形成濾光信號(hào)。銣泡溫度加熱范圍是0-300℃，磁場(chǎng)范圍300G-800G。用795nm和1324nm激光兩邊對(duì)打穿過(guò)85Rb原子氣室，起到將基態(tài)85Rb原子泵浦到低激發(fā)態(tài)的作用，然后1529nm信號(hào)先經(jīng)過(guò)起偏器起偏，再穿過(guò)處于加熱磁場(chǎng)中的85Rb原子氣室旋光，只有滿(mǎn)足條件的1529nm有用信號(hào)光能順利通過(guò)第二檢偏器的檢偏，穿過(guò)整個(gè)ESFADOF濾光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)濾光。實(shí)驗(yàn)中，可以找到最佳溫度和磁場(chǎng)下最強(qiáng)濾光信號(hào)。

圖2是間接泵浦85Rb-1529nm-ESFADOF裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。信號(hào)光由1529nm的外腔半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生，經(jīng)分光鏡分成兩束，一束經(jīng)85Rb銣原子蒸汽室C2，與銣原子相互作用后被光電探測(cè)器D2接收，接收到的吸收譜用作頻率標(biāo)定;另一束經(jīng)格蘭泰勒棱鏡G1起偏，變成線偏振光，穿過(guò)處在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的85Rb銣原子蒸汽室C1，該磁場(chǎng)可由兩個(gè)放在蒸汽室C1兩側(cè)的永久磁鐵產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)檢偏器G1（偏振方向與1324nm激光器垂直），最后被探測(cè)器D1接收。格蘭泰勒棱鏡G1和G2的消光比高達(dá)105：1。795nm外腔半導(dǎo)體激光器和1324nm外腔半導(dǎo)體激光器分別由對(duì)應(yīng)的795nm反射鏡和1324nm反射鏡反射對(duì)打穿過(guò)85Rb銣原子蒸汽室C1，起到間接泵浦的作用。銣泡長(zhǎng)度5cm，外面包裹著加熱片，用來(lái)加熱銣泡氣室，溫度在室溫到300℃連續(xù)可調(diào)，溫標(biāo)精度0.2℃。永磁鐵放置在銣泡四周，通過(guò)調(diào)節(jié)其與銣泡的距離來(lái)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的大小。由于整個(gè)裝置在厘米的量級(jí)，可以近似認(rèn)為銣泡處在均勻磁場(chǎng)中。為了消除外磁場(chǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，我們?yōu)檎麄€(gè)ESFADOF濾光系統(tǒng)外加了磁屏蔽裝置。

本文提供的這種間接泵浦法制作的 85Rb-1529nm-ESFADOF裝置，可實(shí)現(xiàn)方案很多，為大家提供了一種多渠道實(shí)現(xiàn)指定波長(zhǎng)的ESFADOF的制作方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] B. Yin， T. M. Shay. Theoretical model for a Faraday anomalous dispersion optical filter[J].Opt Lett. 1991， 16：1617-1619

[2] D. J. Dick， T. M. Shay. Ultrahigh-noise rejection optical filter[J]. Opt Lett. 1991， 16： 867-869

[3] Y. Ohman， “On some new auxiliary instruments in astrophysical research VI.A tentative monochromator for solar work based on the principle of selective magnetic rotation，” Stockholms Obs. Ann. 19， 3-9（1956）.