PDF《超窄带光学滤波器》

60 %) ,系统效率 (即所谓 的透射率) 远小于

50 %.尤其是碱金属原子具有众多的允许辐射跃迁 ,必然有部分信号通过 其它的辐射通道而损失 ,因而 ,它的量子转换效率无法达到很高. (2) 同样 ,由于受原子内部结构的影响 ,它也会受到原子内部不同相关能级的寿命影响 ,能 级寿命的限制 ,它的响应时间很长 (如Cs2ARF 的响应时间约为微秒量级 ,被动式 Ca2ARF 的 响应时间约为毫秒量级) ,从而延长了系统的响应时间.响应时间过长则无法进行实时工作 , 图3实际的 Faraday 反常色散光学滤波器的工 作原理图 对于高数据率通讯是非常不利的.

2 Faraday 反常色散滤波 由于原子共振滤波器具有以上的不足 ,90 年 代初 ,人们开始利用 Faraday 反常色散机制作为 滤波器的研究 ,Faraday 反常色散光学滤波机制是 线偏振光沿着在磁场作用下变成光学各向异性的 原子蒸气池传播时 ,发生了偏振旋转[23 ] ,适当调 节工作条件 ,就可以得到具有很窄带宽的最大透 射.如图

3 所示. 由于 Faraday 反常色散光学滤波器不仅具有 原子共振滤波器的优点 ,而且还具有(1) 高透射率 , (2) 高的噪声衰减能力 , (3) 快响应 ,可实时 工作 ,(4) 是成像滤波器[4 ] .因此 ,受到格外重视 ,同时也推动了对它的研究与发展.

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2 第23 卷第5期掌蕴东 超窄带光学滤波器

3 Faraday 反常色散光学滤波器的发展现状和存在的问题 Faraday 反常色散效应从光谱方面研究已有很长时间 ,国际上许多小组一直在从事光谱方 面的研究.Faraday 反常色散效应做为超窄带滤波器研究 ,是60 年代初期由美国国家标准局 的K. G. Kessler 等人首次用水银为介质 ,波长 253. 7nm ,当时 ,他们称之为 Zeeman 滤波器[23 ] , 此后没有更多的进展. 由于 FADOF 具有高透射、 快响应等特点 ,90 年代初利用 Faraday 反常色散机制滤光得到 了迅速的发展.1991 年 ,美国新墨西哥州立大学电气和计算机工程系的 T. M. Shay 小组重新 研究了 Faraday 反常色散效应用于光学滤波 ,首次提出了 Rb5s25p 780nm 的FADOF ,同时 , Thermo Electron Technologies 公司的 J . Menders 等研究人员提出 Cs2852nm 的FADOF ,他们 的文章同时发表在 Optics Letters 的同一期上 ,说明这一项研究是国际前沿性的工作 ,他们也 给出了有关概念模型和实验演示.1992 年,J . Menders 等人又给出了弱磁场下 Cs Faraday 和Voight 磁光滤波器[25 ] ,Colorado 州立大学的 H. Chen 提出了强场条件下 Na2FADOF 的实验演 示[26~29 ] ,其研究不仅仅具有学术意义 ,而且呈现出线芯工作 ,呈现出高透射 ,快响应 ,高信噪 比等优良性能 ,这就为实用化打下了一个良好的基础 ,后来发展成能够在白天正常工作性质优 良的超窄带滤波器 ,达到实用程度[30 ] ;

Yat Ching 和J.A. Gelbwachs 于1993 年 ,做出了 Fraun2 hofer 暗线的 Ca2422. 7nm 磁光滤波器 ,这一蓝紫色波长尽管对水下通讯并不太合适 ,但对它的 研究意义显然在于它处于 Fraunhofer 暗线 ,对于消除太阳背景 ,提高系统的接收信噪比是非常 有利的. J . A. Gelbwachs 等人又提出了波长更靠近水下窗口的 Sr 460. 7nm 磁光滤波器[31 ] . 国内 ,1991 年北京大学陈怀林、 王庆吉小组做出了 Rb2780nm 的FADOF 透射谱[32 ,33 ] ,这 是国内首先开展的这方面研究.1992 年哈尔滨工业大学光电子技术研究所开始了 Cs2FAD2 OF 的理论与实验研究 ,1994 年中科院武汉物理所的胡志林等人发表了 Cs 459nm FADOF 的 特性分析[34 ] ,对Cs 459nm FADOF 精细结构体系进行了理论计算 ,北京大学汤俊雄[35 ] 等人继 续在 Rb 的高激发态上做 FADOF 研究.表2总结了目前窄带滤波器的发展现状和特点. 表2目前一些窄带光学滤波器的性能 干涉滤光器 双折射滤光器 ARF FADOF 透过率 0.