PDF《超窄带光学滤波器》

超窄带光学滤波器 掌蕴东 袁萍毕勇常志文 马祖光 (哈尔滨工业大学光电子技术研究所 ,哈尔滨 ,150001) 摘要 : 叙述了超窄带光学滤波器的基本原理 ,总结了目前超窄带光学滤波器的发展现状 ,指 出这两种光学滤波器的不足 ,并提出今后的发展前景.

关键词 : 原子共振滤波器 Faraday 反常色散光学滤波器 信噪比 Ultranarrow 2band optical filter Zhang Y undong , Y uan Ping , Bi Yong , Chang Zhiwen , M a Zuguang ( Institute of Opto2Electronics ,Harbin Institute of Technology ,Harbin ,150001) Abstract : The fundamental principles of ultranarrow2band optical filters were described in the pa2 per. The development of optical filters was summarized at present. Meanwhile , the shortages of the both of optical filters were indicated. Key words : atomic resonance filter Faraday anomalous dispersion optical filter signal noise ratio 引言太阳宽带连续背景下接收窄带微弱光信号是一个非常棘手的问题.背景光的噪声干扰给 接收信号带来很大困难 ,如何改善系统的信噪比对提高接收灵敏度 ,降低发射激光的峰值功率 要求 ,甚至对整个系统能否实现应用确是至关重要的. 通常使用的干涉滤光片 ,其带宽难以做得很窄 ,同时还要保证一定的透过率和大的接收视 角 ,因而对线宽很窄的激光信号来说 ,干涉滤光片已无法胜任.70 年代末期开始发展了原子 共振光学滤波器(atomic resonance filter 简称为 ARF) 技术[1 ,2 ] ,90 年代初开始了 Faraday 反常 色散光学滤波器(Faraday anomalous dispersion optical filter 简称为 FADOF) 研究[3 ,4 ] . 图1在连续背景条件下利用 ARF 通讯的激光系 统1原子共振滤波及发展现状 原子共振滤波是利用窄的原子共振跃迁来进 行信号光的超窄带 (0. 001nm) 滤波[5 ] ,它具有超 高Q值(105 ~106 ) ,各向同性 ,接收角接近 ± π /

2 , 内部量子转换效率较高 ,其中心波长对环境因素 不敏感 ,尤其对温度起伏变化不大等特点 ,适用于 低强度超窄带辐射的检测 ,其工作波长可以由近 紫外 ,可见光 ,到近红外.一个典型的利用 ARF 进行通讯的激光系统如图

1 所示. 在原子共振滤波器内部 ,原子蒸气对信号的吸收 ,经过弛豫 ,辐射出不同于入射光的荧光 物理过程 ,如图

2 所示 ,下标 i , o 和 p 分别代表输入、 输出和泵浦参数. 第23 卷第5期1999 年10 月激光技术LASER TECHNOLOGY Vol.

23 ,No.

5 October ,1999 原子共振滤波器工作方式 ,可以被动或主动 ,在被动模式中 ,信号光的吸收产生于基态 ,则 能够选择的被动式滤波器的工作波长受到了限制 ,在主动模式中 ,信号吸收跃迁可以从激发态 开始 ,这一激发态可以是亚稳态 ,这样可选择的主动式滤波器的工作波长可以丰富得多. 图2ARF 中使用的典型原子能 级图 原子共振滤波器的内部转换效率 ,根据典型原子能级图

2 可以用下式表示 : η a = No Ni 输出光子数(以λ o 输出) 输入光子数(以λ i 输入) (1) η a 是两项乘积 ,第一项用η c 来表示能级

2 上的原子数级联 跃迁到能级

3 上的原子数之比 ,第二项是与

3 →

4 辐射衰减相 关的相对于能级

3 总衰减之比 ,这后一项由下式决定 A 34/ (1/τ 3r + K3Q) (2) 式中 , A 34是3→4跃迁的 Einstein 系数 ,τ 3r是能级

3 的辐射寿 命,K3Q是考虑这一能级可能的非辐射淬灭.在不存在淬灭 情况下 ,这个比值简化为分支比β