铷532nm法拉第反常色散滤光器传输特性分析

摘要

在水下光通信和自由空间光通信中，当信号光在水中或大气中远距离传播时，由于水和大气对信号光的衰减、散射以及太阳背景噪声光谱的影响，使接收系统的信噪比和灵敏度降低，因此在接收系统中必须使用性能优良的滤光器。法拉第反常色散滤光器具有视场角宽、背景噪声抑制能力强、通带内高透过通带外高抑制、窄带宽、响应时间快等优点，在水下光通信和自由空间光通信系统中具有重要的应用价值。532 nm信号光正好处在蓝绿光(40.nm-550 nm)频率范围内，它在水中和大气中具有较高的传播效率。 本文对工作在铷5P1/2→10S1/2(即532 nm)跃迁的法拉第反常色散滤光器的传输特性进行了分析与讨论，对弱场、中间场下激发态法拉第反常色散滤光器的理论模型，依据量子力学微扰理论和量子跃迁理论，给予了完整地描述；其中基于原子超精细结构的中间场下激发态法拉第反常色散光学滤波器理论模型由我们在国际上首次提出。 天然铷是两种同位素的混合物：72.2％85Rb和27.8％87Rb；对应的核自旋角动量分别是5/2，3/2。在理论计算上，考虑到气室温度、磁场强度、泵浦光强度和气室长度对滤光器传输系数的影响。理论结果表明：在弱场下，Rb，85Rb和87Rb532 nm法拉第反常色散光学滤波器传输系数较小(<20％)，在相同的工作条件下，85Rb激发态法拉第反常色散光学滤波器传输系数较高；在中间场下，Rb，85Rb和87Rb532 nm法拉第反常色散光学滤波器传输系数接近50％，在相同的工作条件下，87Rb激发态法拉第反常色散光学滤波器传输系数较高。因此，在弱场和中间场条件下，与天然铷原子蒸汽相比，85Rb和87Rb原子蒸汽更适宜作法拉第反常色散光学滤波器的工作物质，这一点对提高原子滤光器的透过率具有重要的实际意义。 对中间场下铷532 nm法拉第反常色散光学滤波器的最佳工作状态给予理论分析，理论计算表明：在气室温度434 K，磁场强度0.067 T，泵浦光强度20 w/m2，气室长度0.1 m条件下，法拉第反常色散滤光器处于一个最佳工作状态；期望的线芯工作方式得以实现，中心透射峰适宜作滤光器的信号光通道。理论模型预测滤光器的峰值透过率接近50％，等效带宽仅为2.6 GHz。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引 言

1.1研究背景

1.1.1光通信的发展

1.1.2水下光通信对窄带滤光器的需求

1.1.3自由空间光通信对窄带滤光器的需求

1.2窄带滤光器件的研究

1.2.1原子共振滤光器的研究

1.2.2法拉第反常色散滤光器的研究

1.3我们的研究工作

第二章法拉第反常色散滤光器基本理论模型

2.1法拉第反常色散滤光器工作原理

2.2理论模型

2.2.1极化率

2.2.2传输系数

2.2.3等效带宽

第三章弱场下Rb532 nm法拉第反常色散滤光器理论模型及传输特性

3.1弱场下Rb原子能级结构

3.2弱场下法拉第反常色散滤光器基本理论

3.2.1传输系数

3.2.2泵浦过程

3.3传输特性分析

3.3.1工作参数对传输系数的影响

3.3.2结论

第四章中间场下Rb532 nm法拉第反常色散滤光器理论模型及传输特性

4.1引言

4.2中间场下Rb原子能级结构

4.3中间场下法拉第反常色散滤光器基本理论

4.3.1传输系数

4.3.2泵浦过程

4.4传输特性分析

4.4.1透射谱

4.4.2工作参数对传输系数的影响

4.4.3结论

第五章中间场下Rb532 nm法拉第反常色散滤光器最佳工作状态分析

5.1引言

5.2工作参数对传输系数的影响

5.3结论

第六章总结与展望

参考文献

附 录

致 谢

攻读硕士学位期间研究成果