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一種基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關及方法技術

技術編號:22501484 閱讀:7 留言:0更新日期:2019-11-09 02:20
本發明專利技術涉及一種基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關及方法;基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,包括780nm激光器、分束鏡、平面反射鏡A、平面反射鏡B、半波片、平面反射鏡C、帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔和光電探測器;基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關的操作方法,包括步驟:1)組建反向光路;2)調整帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔的方向,獲得更高的透射率;3)調節XMTG?5011溫控儀,使其溫度在100℃左右;4)調節反向光路的反向入射方向,使得兩束光充分相干,增強正反饋。本發明專利技術的有益效果是:從新的角度出發,結構簡單、易于制造、開關性能好、壽命長、可應用到全光網絡雙穩態場景。

A magneto-optical bistable switch and method based on rubidium vapor resonator

The invention relates to a magneto-optical bistable switch and method based on a rubidium vapor resonator; the magneto-optical bistable switch based on rubidium vapor resonator includes 780nm laser, beam splitting mirror, plane mirror a, plane mirror B, half wave plate, plane mirror C, rubidium protons vapor resonator and photodetector with temperature control; the operation of magneto-optical bistable switch based on rubidium vapor resonator The method comprises the following steps: 1) forming a reverse optical path; 2) adjusting the direction of rubidium atomic vapor cavity with temperature control to obtain higher transmissivity; 3) adjusting the xmtg \u2011 5011 temperature controller to make its temperature around 100 \u2103; 4) adjusting the reverse incident direction of the reverse optical path to make the two beams fully coherent and enhance positive feedback. The invention has the advantages of simple structure, easy manufacture, good switching performance, long service life and can be applied to the all-optical network bistable scene.

【技術實現步驟摘要】
一種基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關及方法
本專利技術涉及磁光雙穩態開關技術和量子信息
,尤其是涉及一種基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關及方法。
技術介紹
磁光雙穩態開關是全光通信網絡發展過程中不可缺少的器件,而目前的磁光開關主要是利用法拉第旋光效應,但這種磁光開關并不能適應當前全光網絡領域對一些雙穩態場景的應用。傳統磁光開關原理是利用法拉第旋光效應,通過外加磁場的改變來改變磁光晶體對入射偏振光偏振面的作用,從而達到切換光路的效果。過去,由于采用的克爾介質非線性特性不夠強,在弱入射光的情況下,不能產生足夠觀察到的信號,所以過去往往不利用這樣的諧波性質。隨著技術進步,經前人實驗,銣(Rb87)的效果比其他介質都要好,即它是一種強克爾非線性介質,在不充緩沖氣體的銣(Rb87)玻璃蒸氣室里,利用諧振腔聚焦放大光,就能有較強的遠場光強。相對于傳統的機械式光開關,磁光雙穩態開關具有開關速度快,穩定性高等優勢;相對于其他的非機械式光開關,磁光雙穩態開關又具有驅動電壓低、串擾小等優勢。而相對于傳統磁光開關,傳統的磁光開關只有兩個狀態,單次傳輸信息量為2bits。因此,專利技術一種基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關及方法,就顯得尤為重要。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術中的不足,提供一種應用于全光網絡的基于交叉克爾非線性效應、利用磁場控制遠場高頻激光的雙穩態磁光開關及方法。這種基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,包括:780nm激光器、分束鏡、平面反射鏡A、平面反射鏡B、半波片、平面反射鏡C、帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔和光電探測器;780nm激光器、分束鏡、平面反射鏡A、平面反射鏡B、半波片和平面反射鏡C依次構成其中一路反向光路;放置于分束鏡的正向光路上的帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔組成另一反向光路;光電探測器接收帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔的出射諧振光。作為優選,所述780nm激光器的工作波長對應于Rb87的4p65S2S1/2-4p65p2p3/2譜線上,即對應于銣原子的4p65S2S1/2-4p65p2p3/2兩能級之間的躍遷,780nm激光器是所需的指定波長的測試光源。作為優選,所述分束鏡置于帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔與780nm激光器之間,用于產生兩束強度相當的光。作為優選,所述半波片置于其中一路反向光路上,且置于該反向光路的平面反射鏡B與平面反射鏡C之間,和平面反射鏡A、平面反射鏡B及平面反射鏡C一起,形成反向相干光。作為優選,所述帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔,以不添加緩沖氣體的Rb87原子玻璃氣室為主要部分;帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔兩端鍍以部分保偏的有少量透過率的高反膜。作為優選,所述帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔的溫控部分由3950熱敏電阻、XMTG-5011溫控儀和大小能夠包裹住Rb87原子玻璃氣室側面的加熱片組成;帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔的輸入溫度由3950熱敏電阻提供到XMTG-5011溫控儀;XMTG-5011溫控儀提供PID反饋調節功能,控制加熱片,XMTG-5011溫控儀模式設置為PID-DC0~10mA輸出。這種基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關的操作方法,具體包括如下步驟:步驟1:按照780nm激光器、分束鏡、平面反射鏡A、平面反射鏡B、半波片和平面反射鏡C的順序組建其中一路反向光路,另一路反向光路為在分束鏡出射光的正向光路上,放置一個帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔;步驟2:調整帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔的方向,即改變入射光相對方向,調整初始偏置宗量,獲得更高的透射率;諧振腔透過率函數為:式中,φ是入射角,N是消光比;當初始偏置宗量使得最大時,透過率最強;但當越大,出射諧振光功率會越小;因此調整選擇一個合適的入射角度,得到一個恰好的初始偏置,對裝置性能有很大影響;變化的磁場產生電場,設磁場在介質內部所產生的電場強度為極化強度與電場有關,可展開為電場的高階多項式,介質極化強度表示為:式中:A、B…為常數系數,ω為拉比頻率,n是折射率,m是單原子質量,e是單電子電荷;式中,ω0為介質本征頻率,γ是一階晶格受迫振動常數,i為虛數的虛部符號,i2=-1,F(ω)是振蕩系數;P(ω)的實部的大小表示克爾非線性作用的強弱,也就是表現為遠場高頻光的光強強弱;其虛部表示對光的吸收作用;大介質的極化有利于獲得更優異的開關性能,介質的極化包括增大磁場變化率、更換介質;步驟3:調節XMTG-5011溫控儀,利用3950熱敏電阻、加熱片調準并穩定帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔,使其溫度在100℃左右;步驟4:調節反向光路的反向入射方向,使得兩束光充分相干,增強正反饋。這種基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關的操作方法,所述步驟4后還有步驟5:測試時,采用在帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔外圍套上電磁線圈的方法,形成連續變化的磁場;變化的磁場極化介質,改變兩束相干光的諧波強度;磁場增大時,出射諧振光的強度先出現第一個穩態,之后磁場再增大,諧振光消失;接著磁場減小時,出射諧振光的強度出現第二個穩態,之后隨磁場減小諧振光強度減小。本專利技術的有益效果是:從新的角度出發,結構簡單、易于制造、開關性能好、壽命長、可應用到全光網絡雙穩態場景。相對于傳統磁光開關,本專利技術的磁光開關可以實現三個狀態,單次傳輸的信息量為3bits,速度相當的情況下,有單次傳輸信息量更大的優勢,并且諧波的遠場開關性能更好,更加適用于需要遠距離傳輸的開關信號。本專利技術所述磁光雙穩態開關方法,尤其適用于遠距離傳輸場景,發展前景好,對非接觸式控制與檢測、量子通信領域的發展進步具有重大意義。附圖說明圖1為基于銣原子蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關結構示意圖;圖2為磁場隨時間變化的時間、磁場強度、光強關系圖;圖3為以Rb87為基礎的原子玻璃蒸氣室制成的諧振腔結構示意圖。附圖標記說明:平面反射鏡A1、平面反射鏡B2、平面反射鏡C3、半波片4、780nm激光器5、分束鏡6、帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔7、光電探測器8。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術做進一步描述。下述實施例的說明只是用于幫助理解本專利技術。應當指出,對于本
的普通人員來說,在不脫離本專利技術原理的前提下,還可以對本專利技術進行若干修飾,這些改進和修飾也落入本專利技術權利要求的保護范圍內。本專利技術的磁光開關是利用交叉克爾效應,在強克爾非線性介質中,兩束同頻相干光互調產生高頻諧波,變化的磁場對兩束相干光相干產生的諧波強度有明顯的作用,以此進行控制。(FirthWJ,ParéC.TransversemodulationalinstabilitiesforcounterpropagatingbeamsinKerrmedia[J].OpticsLetters,1988,13(12):1096-8.),并且兩束遭遇的相干光為其提供正反饋放大,使得其光強能夠在遠場觀察板上觀察到,它的強度受到磁場的影響(KorneevN,TorresYM.Pattern-basedopticalmemorywithlowpowerswitchinginrubidiumvapor[J].OpticsCommunications,2013,291:309-312.)。能夠實現以銣原子蒸氣諧振腔為基礎器件的遠距離高速磁光雙穩態開關,對于兩束有固定相位差的光入射光克爾非線性介質,如銣Rb87原子本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,其特征在于,包括780nm激光器(5)、分束鏡(6)、平面反射鏡A(1)、平面反射鏡B(2)、半波片(4)、平面反射鏡C(3)、帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)和光電探測器(8);780nm激光器(5)、分束鏡(6)、平面反射鏡A(1)、平面反射鏡B(2)、半波片(4)和平面反射鏡C(3)依次構成其中一路反向光路;放置于分束鏡(6)的正向光路上的帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)組成另一反向光路;光電探測器(8)接收帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)的出射諧振光。

【技術特征摘要】
1.基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,其特征在于,包括780nm激光器(5)、分束鏡(6)、平面反射鏡A(1)、平面反射鏡B(2)、半波片(4)、平面反射鏡C(3)、帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)和光電探測器(8);780nm激光器(5)、分束鏡(6)、平面反射鏡A(1)、平面反射鏡B(2)、半波片(4)和平面反射鏡C(3)依次構成其中一路反向光路;放置于分束鏡(6)的正向光路上的帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)組成另一反向光路;光電探測器(8)接收帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)的出射諧振光。2.根據權利要求1所述的基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,其特征在于,所述780nm激光器(5)的工作波長對應于Rb87的4p65S2S1/2-4p65p2p3/2譜線上,即對應于銣原子的4p65S2S1/2-4p65p2p3/2兩能級之間的躍遷,780nm激光器(5)是所需的指定波長的測試光源。3.根據權利要求1所述的基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,其特征在于,所述分束鏡(6)置于帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)與780nm激光器(5)之間,用于產生兩束強度相當的光。4.根據權利要求1所述的基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,其特征在于,所述半波片(4)置于其中一路反向光路上,且置于該反向光路的平面反射鏡B(2)與平面反射鏡C(3)之間,和平面反射鏡A(1)、平面反射鏡B(2)及平面反射鏡C(3)一起,形成反向相干光。5.根據權利要求1所述的基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,其特征在于,所述帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)以不添加緩沖氣體的Rb87原子玻璃氣室為主要部分;帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)兩端鍍以部分保偏的有少量透過率的高反膜。6.根據權利要求5所述的基于銣的蒸氣諧振腔的磁光雙穩開關,其特征在于,所述帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)的溫控部分由3950熱敏電阻、XMTG-5011溫控儀和大小能夠包裹住Rb87原子玻璃氣室側面的加熱片組成;帶溫控的銣原子蒸氣諧振腔(7)的輸入溫度由3950熱敏電阻提供到XMTG-5011溫控儀;XMTG-5011溫控儀...

【專利技術屬性】
技術研發人員:孫悅畢崗李震
申請(專利權)人:浙江大學
類型:發明
國別省市:浙江,33

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