間接泵浦法制作85Rb-1529nm-ESFADOF

劉振輝 凌俐 蔡銀杰 丁國益

摘 要：本文在激光光譜測量領域，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濾波器（簡稱： 85Rb-1529nm-ESFADOF），提供了一種多渠道實現(xiàn)指定波長的ESFADOF的制作方法。

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

1 引言

激光光譜學技術是六十年代初發(fā)展起來的一門以原子理論、量子理論、光學技術和電子技術為基礎的高新技術，在許多科學、醫(yī)藥和技術領域中得到應用，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，它是基于原子吸收發(fā)射和內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的物理過程的一種濾光器件，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，在紅外探測、遙感、激光雷達和空間光通信等領域有著非常重要的應用。其中銣原子濾光器由于所涉及波段的應用很重要，在國際、國內(nèi)均受到特別關注。

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。設計ESFADOF的關鍵是將基態(tài)原子激發(fā)到低激發(fā)態(tài)。一般的方法是直接泵浦法，用一個對應波長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，用兩個激光器級聯(lián)實現(xiàn)將基態(tài)原子泵浦到低激發(fā)態(tài)，為實現(xiàn)兩個激發(fā)態(tài)間工作的ESFADOF奠定基礎。這種根據(jù)原子能級條件級聯(lián)的激光器激勵方法方案很多，大大拓展了ESFADOF的設計渠道。

2 研究方法

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

3 討論

間接泵浦法制作的85Rb-1529nm-ESFADOF首先將1529nm信號光分成兩束，一束通過銣泡形成飽和吸收譜，作為頻率參考;另一束通過加了磁場和溫度的銣泡形成濾光信號。銣泡溫度加熱范圍是0-300℃，磁場范圍300G-800G。用795nm和1324nm激光兩邊對打穿過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信號先經(jīng)過起偏器起偏，再穿過處于加熱磁場中的85Rb原子氣室旋光，只有滿足條件的1529nm有用信號光能順利通過第二檢偏器的檢偏，穿過整個ESFADOF濾光系統(tǒng)，實現(xiàn)濾光。實驗中，可以找到最佳溫度和磁場下最強濾光信號。

圖2是間接泵浦85Rb-1529nm-ESFADOF裝置的結(jié)構示意圖。信號光由1529nm的外腔半導體激光器產(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器D2接收，接收到的吸收譜用作頻率標定;另一束經(jīng)格蘭泰勒棱鏡G1起偏，變成線偏振光，穿過處在穩(wěn)恒磁場中的85Rb銣原子蒸汽室C1，該磁場可由兩個放在蒸汽室C1兩側(cè)的永久磁鐵產(chǎn)生，經(jīng)過檢偏器G1（偏振方向與1324nm激光器垂直），最后被探測器D1接收。格蘭泰勒棱鏡G1和G2的消光比高達105：1。795nm外腔半導體激光器和1324nm外腔半導體激光器分別由對應的795nm反射鏡和1324nm反射鏡反射對打穿過85Rb銣原子蒸汽室C1，起到間接泵浦的作用。銣泡長度5cm，外面包裹著加熱片，用來加熱銣泡氣室，溫度在室溫到300℃連續(xù)可調(diào)，溫標精度0.2℃。永磁鐵放置在銣泡四周，通過調(diào)節(jié)其與銣泡的距離來調(diào)節(jié)磁場的大小。由于整個裝置在厘米的量級，可以近似認為銣泡處在均勻磁場中。為了消除外磁場對實驗的影響，我們?yōu)檎麄€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，可實現(xiàn)方案很多，為大家提供了一種多渠道實現(xiàn)指定波長的ESFADOF的制作方法。

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