PDF《超窄带光学滤波器》

34 ,β 34指从能级

3 跃迁到能 级4的粒子数比例.即:ηa=ηc[ A 34/ (1/τ 3r + K3Q) ] (3) 实际上 ,系统的转换效率还需将(3) 式乘以一个由具体的样品池形状、 镀膜情况等参数决 定的几何搜集系数 ,它是反映光电接收器端的光子数与 ARF 以λ o 出射光子数之比的几何搜 集效率 ,一个远小于

1 的系数. 原子共振滤波器的响应时间决定了它的最大信息传输速率[5 ] ,而最大信息传输速率是激 光通讯的主要参量.对原子共振滤波器来说 ,其响应时间的决定因素是原子系统的弛豫速率. 对图

2 所示的系统 ,弛豫时间将是从能级

2 级联到能级

3 所用时间加上能级

3 的衰减时间. 最快的速率要求或者是级联过程非常快 ,或者是能级

2 和能级

3 在同一能级 ,后一种情况的响 应时间由能级

3 的衰减时间所决定.对于一般的原子共振滤波器系统 ,响应时间接近毫微秒 以上 ,就意味着信息速率在 1MHz ,甚至更小.表1给出了已发表的 ARF 的工作波长. 表1已发表的 ARF 工作波长 原子 信号波长 输出波长 泵浦源 备注 Ca 422. 7nm 534. 9nm 422. 7nm 272nm 422. 7nm 657. 3nm 半导体激光器 672nm 457. 5nm 主动 Fraunhofer 暗线 被动[6 ,7 ] Sr 460. 7nm 689. 3nm 被动 Fraunhofer 暗线[8 ] Cs 456nm ,459nm 852nm ,894nm 被动[2 ] Rb 487nm~776nm 尤其倍频 Nd : YAG 532nm 311nm~420nm 半导体激光器 780nm ,795nm 主动[2 ,9 ,10 ] Mg 516nm ,517nm ,518nm 383nm 光泵 主动 Fraunhofer 暗线[11 ] Tl 535nm 378nm 光化学或碰撞能量 转移 λ i 重叠在倍频 Nd :BEL [12 ] Na 1.

48 μm ,2.

34 μm ,3.

42 μm 489nm ,569nm ,616nm 光泵 第一台 ARF[1 ] 主动 K 10.

6 μm 497nm 光泵 310nm 可调谐[2 ,13 ,14 ]

8 5

2 激光技术1999 年10 月 原子共振滤波器的原理最初是由 N. Bloembergen 于1957 年提出 ,当时仅仅做为一般概念 性研究 ,当时称它为量子计数器[15 ] .直到

1977 年,J . A. Gelbwachs 等人做出了第一台用于红 外谱段检测的 Na2ARF[1 ] ,1978 年,J . B. Marling 等人给出了 K2ARF ,Cs2ARF ,Rb2ARF 的方 案 ,同时提出可见光范围内的被动与主动滤波器概念 ,并指出这一类 ARF 可用于水下通讯[2 ] ,

1979 年,J . A. Gelbwachs 等人做出了可调谐的与 CO2 激光器相匹配的红外波段 K2ARF[11 ] ,80 年代中期 ,T. M. Shay 等人做出了可望与倍频 Nd : YAG 激光器相匹配的 Rb2ARF[2 ,9 ,10 ] ,同时C. S. Liu 等做出了 Tl2ARF ,目的是与倍频 Nd :BEL 激光器相匹配[12 ] ,1990 年,J . A. Gelb2 wachs 于2月和

9 月分别提出了两种 Ca2ARF 方案[6 ,7 ] ,还有其它一些应用研究[16 ] . 国内北京大学和哈工大[17 ] 首先开展了 Cs2ARF 的合作研究 ,他们对 Cs2ARF 的荧光过程 进行了较深入的探讨 ,哈工大又进行了缓冲气体对 Cs2ARF 的滤光效果 ,响应时间等方面的研 究[18~20 ] ,北京大学、 上海光机所等单位先后开展了 Cs2ARF[21 ] ,Rb2ARF 的研究 ,得到了一些 很有意义的结果.直到

1992 年,J . A. Gelbwachs 也仍有一部分工作继续通过加缓冲气体来缩 短Ca ,Mg 和Sr2ARF 响应时间的研究[22 ] .其中 Gelbwachs 小组在 Ca2ARF 和Sr2ARF方案一 些工 作上,提出了利用太阳的Fraunhofer 暗线工作的Ca422. 7nm2ARF 和Sr460. 7nm2 ARF[6~8 ] ,这无疑会有利于太阳光的背景衰减 ,提高接收信噪比. 然而 ,尽管上述各种 ARF 方案各有其特色 ,但如前所述 ,做为激光通讯应用的光学滤波 器,ARF 尚存在一些缺欠和困难. (1) 由于原子共振滤波器是利用原子对信号光的吸收 ,转移 (碰撞、 辐射跃迁、 无辐射跃迁 等以及其它方式) ,辐射出新的波长再被接收 ,因此 ,受原子内部结构的影响 ,辐射通道的增加 , 量子转换效率很低(如Cs2ARF ,理论上最高的内部量子转换效率为