一种构建滤频反射镜的方法及设备

权利要求

1.一种构建滤频反射镜的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)所述滤频反射镜由第一偏振分光棱镜(5)、第二偏振分光棱镜(8)、热碱金属原子汽室(9)和第一45°全反镜(15)构成；在热碱金属原子汽室(9)两侧的光路入射口处分别设置第一偏振分光棱镜(5)和第二偏振分光棱镜(8)，在第一偏振分光棱镜(5)和第二偏振分光棱镜(8)任意一侧的光路入射口处设置第一45°全反镜(15)使信号光相对耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室(9)；

2)将两束频率、偏振和功率相同的耦合光分别经第一偏振分光棱镜(5)、第二偏振分光棱镜(8)反射后对向共线穿过热碱金属原子汽室(9)，在热碱金属原子汽室(9)内形成驻波；

将另一束频率连续变化的信号光经第一45°全反镜(15)反射后相对耦合光方向以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室(9)；当信号光频率扫描至和耦合光的频率满足双光子共振跃迁条件时，产生四波混频效应，同时反向产生一束与此时的信号光频率相同的四波混频信号光，该四波混频信号光反向发射的方向与耦合光方向形成的反射角和信号光相对于耦合光的入射角大小相同、方向相反，入射的与耦合光频率满足双光子共振条件的频率的信号光以外的其他频率的信号光沿原入射方向穿过热碱金属原子汽室(9)，从而实现滤频反射镜功能。

2.根据权利要求1所述的一种构建滤频反射镜的方法，其特征在于：所述热碱金属原子汽室中充有铯原子蒸汽；所述耦合光为波长894.5nm且可连续调谐的激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg＝4至激发态Fe＝4的能级跃迁；所述信号光为波长894.5nm且可连续调谐的激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg＝3至激发态Fe＝4的能级跃迁且连续扫描，在耦合光、信号光与铯原子作用下形成Λ型电磁诱导透明能级结构。

3.根据权利要求1所述的一种构建滤频反射镜的方法，其特征在于：所述信号光相对于耦合光方向的入射角θ为0.43°。

4.一种使用权利要求1-3任意一项所述构建滤频反射镜的方法的设备，其特征在于：包括滤频反射镜系统、信号光系统和探测系统；

所述滤频反射镜系统包括第一半导体激光器(1)、第一光隔离器(2)、分束器(3)、第一半波片(4)、第二45°全反镜(6)、第二半波片(7)和由第一偏振分光棱镜(5)、第二偏振分光棱镜(8)、热碱金属原子汽室(9)和第一45°全反镜(15)构成的滤频反射镜，第一半导体激光器(1)为耦合光光源，第一半导体激光器(1)的出射光路上依次设有第一光隔离器(2)和分束器(3)，分束器(3)透射的光路上依次设有第一半波片(4)和第一偏振分光棱镜(5)，分束器(3)反射的光路上设有第二45°全反镜(6)，第二45°全反镜(6)的反射光路上依次设有第二半波片(7)和第二偏振分光棱镜(8)，第一偏振分光棱镜(5)和第二偏振分光棱镜(8)的反射光路上设有热碱金属原子汽室(9)，在第一偏振分光棱镜(5)的光路入射口处设置第一

45°全反镜(15)使信号光相对耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室(9)；

所述信号光系统包括第二半导体激光器(11)、第二光隔离器(12)、第三半波片(13)和第三偏振分光棱镜(14)；第二半导体激光器(11)为信号光光源，第二半导体激光器(11)的出射光路上顺次设有第二光隔离器(12)、第三半波片(13)和第三偏振分光棱镜(14)；

所述探测系统包括第一光电探测器(16)、第二光电探测器(17)和数字存储示波器(20)，第一光电探测器(16)设在经第一45°全反镜(15)反射并依次穿过热碱金属原子汽室(9)和第二偏振分光棱镜(8)的光路上，第二光电探测器(17)设在反向穿过第一偏振分光棱镜(5)的四波混频信号反射光的光路上，第一光电探测器(16)和第二光电探测器(17)的信号输出端共同连接有数字存储示波器(20)。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：还包括控温仪(10)，所述控温仪(10)设在热碱金属原子汽室(9)的外围用于控制和显示热碱金属原子汽室(9)的温度，热碱金属原子汽室(9)的温度为30-70摄氏度。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述热碱金属原子汽室(9)的温度为64摄氏度。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：第一光电探测器(16)和第二光电探测器(17)分别经第一BNC导线(18)和第二BNC导线(19)连接至数字存储示波器(20)，用来显示探测信号并存储数据，数字存储示波器(20)的触发信号由第二半导体激光器(11)提供。

8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述滤频反射镜的反射率可通过调节第二半波片(7)来调节。

说明书

一种构建滤频反射镜的方法及设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种构建滤频反射镜的方法及设备。

背景技术

[0002] 平面反射镜是光学实验中经常用到的一种光学器件，主要用于改变光的传播方向或光强大小。根据波长范围，可将平面反射镜分为单波长反射镜和宽带反射镜；根据反射率大小，可分为全反镜，50/50分束器、减反镜和任意反射率的反射镜；根据反射角度，可分为0度反射镜、45度反射镜等。

[0003] 现有技术中的平面反射镜主要是通过在镜片表面镀膜来实现的，但镀膜后，一般只能满足一种条件的需求，功能相对单一。例如，将一束由全反镜反射的光变换为半透半反时，则需要将全反镜更换为50/50分束器，也可以利用波片和偏振棱镜等光学器件实现上述功能，但增加了光路中的器件数，调节繁琐，不利于系统的集成。另外更重要的一点是，在一些实验中，需要对一束光中的频率进行选择，但因传统的光学器件的镀膜精度只能达到纳米量级，无法对频率在兆赫兹量级的光进行选择，因此现有的光学器件不具备频率筛选功能。虽然可以利用谐振腔技术进行频率选择，但涉及到锁腔、稳频等技术，系统复杂，对实验环境要求苛刻，操作难度较大。

发明内容

[0004] 本发明的目的是解决现有的平面反射镜不具备频率筛选功能、利用谐振腔技术进行频率选择存在的系统复杂和操作难度大的技术问题，提供一种构建滤频反射镜的方法及设备。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种构建滤频反射镜的方法，包括如下步骤：

[0006] 1)在热碱金属原子汽室两侧的光路入射口处分别设置第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，在第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜任意一侧的光路入射口处设置第一45°全反镜，使信号光相对耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室；

[0007] 2)将两束频率、偏振和功率相同的耦合光分别经第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜折射后对向共线穿过热碱金属原子汽室，在热碱金属原子汽室内形成驻波；将另一束频率连续变化的信号光经第一45°全反镜反射后相对耦合光方向以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室；当信号光频率扫描至和耦合光的频率满足双光子共振跃迁条件时，产生四波混频效应，同时反向产生一束频率相同的四波混频信号光，该四波混频信号光的反射方向与耦合光方向形成的反射角和信号光相对于耦合光的入射角大小相同，方向相反，入射的其他频率成分的信号光沿原入射方向穿过热碱金属原子汽室，从而实现滤频反射镜功能。

[0008] 进一步地，所述热碱金属原子汽室中充有铯原子蒸汽；所述耦合光为波长894.5nm且可连续调谐的激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg＝4至激发态Fe＝4的能级跃迁；所述信号光为波长894.5nm且可连续调谐的激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg＝3至激发态Fe＝4的能级跃迁且连续扫描，耦合光、信号光与铯原子作用形成Λ型电磁诱导透明能级结构。

[0009] 进一步地，所述信号光相对于耦合光方向的入射角θ为0.43°。

[0010] 一种使用上述构建滤频反射镜方法的设备，包括滤频反射镜系统、信号光系统和探测系统；

[0011] 所述滤频反射镜系统包括第一半导体激光器、第一光隔离器、分束器、第一半波片、第二45°全反镜、第二半波片、和由第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、热碱金属原子汽室和第一45°全反镜构成的滤频反射镜，第一半导体激光器为耦合光光源，第一半导体激光器的出射光路上依次设有第一光隔离器和分束器，分束器透射的光路上依次设有第一半波片和第一偏振分光棱镜，分束器反射的光路上设有第二45°全反镜，第二45°全反镜的反射光路上依次设有第二半波片和第二偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的反射光路上设有热碱金属原子汽室，在第一偏振分光棱镜的光路入射口处设置第一45°全反镜使信号光相对耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室；

[0012] 所述信号光系统包括第二半导体激光器、第二光隔离器、第三半波片和第三偏振分光棱镜，第二半导体激光器为信号光光源，第二半导体激光器的出射光路上顺次设有第二光隔离器、第三半波片和第三偏振分光棱镜；

[0013] 所述探测系统包括第一光电探测器、第二光电探测器和数字存储示波器，第一光电探测器设在经第一45°全反镜反射并依次穿过热碱金属原子汽室和第二偏振分光棱镜的光路上，第二光电探测器设在反向穿过第一偏振分光棱镜的四波混频信号反射光的光路上，第一光电探测器和第二光电探测器的信号输出端共同连接有数字存储示波器。

[0014] 进一步地，所述设备还包括控温仪，所述控温仪设在热碱金属原子汽室的外围用于控制和显示热碱金属原子汽室的温度，热碱金属原子汽室的温度为30-70摄氏度。

[0015] 进一步地，所述热碱金属原子汽室的温度为64摄氏度。

[0016] 进一步地，所述热碱金属原子汽室的两端端面镀有相对波长为894.5nm的增透膜，热碱金属原子汽室的侧面裹有3层μ箔。

[0017] 进一步地，第一光电探测器和第二光电探测器分别经第一BNC导线和第二BNC导线连接至数字存储示波器，用来显示探测信号并存储数据，数字存储示波器的触发信号由第二半导体激光器提供。

[0018] 进一步地，所述滤频反射镜的反射率可通过调节第二半波片来调节。

[0019] 本发明的有益效果是：通过本发明可实现反射率连续可调、反射效率高和宽带宽的滤频反射镜装置，该装置在多通道量子信息存储、量子逻辑门操作及全光开关等研究领域具有重要的应用价值。

[0020] 1、本发明具有频率选择作用：即在驻波耦合光条件下，与耦合光频率满足双光子共振条件的频率的信号光可以被反射，而其他频率成分的信号光则继续透射出介质，因此起到了滤频选择作用；

[0021] 2、本发明构建的滤频反射镜的反射率能够连续变化：即通过调节后向耦合光的强度，可以实现对入射信号光的连续控制，使其反射率从0连续变化至最大；

[0022] 3、本发明构建的滤频反射镜具有40％-60％的反射效率；

[0023] 4、本发明装置核心系统的结构简单紧凑，易于小型化集成化；

[0024] 5、本发明的方法可推广至其他光与三能级原子相互作用的系统。

附图说明

[0025] 图1是本发明滤频反射镜的结构示意图；

[0026] 图2是本发明设备的结构示意图；

[0027] 图中：1-第一半导体激光器，2-第一光隔离器，3-分束器，4-第一半波片，5-第一偏振分光棱镜，6-第二45°全反镜，7-第二半波片，8-第二偏振分光棱镜，9-热碱金属原子汽室，10-控温仪，11-第二半导体激光器，12-第二光隔离器，13-第三半波片，14-第三偏振分光棱镜，15-第一45°全反镜，16-第一光电探测器，17-第二光电探测器，18-第一BNC线，19-第二BNC线，20-数字存储示波器；

[0028] 图3是本发明中光场作用铯原子能级跃迁示意图；

[0029] 图4是本发明中在改变后向耦合场功率条件下，归一化的透射信号强度谱图；

[0030] 图5是本发明中在改变后向耦合场功率条件下，归一化的反射信号强度谱图；

[0031] 图6是本发明滤频反射镜的反射效率随信号光入射角度的变化趋势图；

[0032] 图7是本发明滤频反射镜的反射效率随铯原子汽室温度变化的变化趋势图；

[0033] 图8是本发明中不同耦合光频率失谐下的反射信号谱图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

[0035] 如图1所示，本实施例中的一种构建滤频反射镜的方法，包括如下步骤：

[0036] 1)在热碱金属原子汽室9两侧的光路入射口处分别设置第一偏振分光棱镜5和第二偏振分光棱镜8，在第一偏振分光棱镜5和第二偏振分光棱镜8任意一侧的光路入射口处设置第一45°全反镜15使信号光相对耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室9；

[0037] 2)将两束频率、偏振和功率相同的耦合光分别经第一偏振分光棱镜5、第二偏振分光棱镜8折射后对向共线穿过热碱金属原子汽室9，在热碱金属原子汽室9内形成驻波；将另一束频率连续变化的信号光经第一45°全反镜15反射后相对耦合光方向以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室9；当信号光频率扫描至和耦合光的频率满足双光子共振跃迁条件时，产生四波混频效应，同时反向产生一束频率相同的四波混频信号光，该四波混频信号光的反射方向与耦合光方向形成的反射角和信号光相对于耦合光的入射角大小相同、方向相反，入射的其他频率成分的信号光沿原入射方向穿过热碱金属原子汽室9，从而实现滤频反射镜功能。

[0038] 如图2所示，一种使用上述实施例中构建滤频反射镜的方法的设备，其特征在于：包括滤频反射镜系统、信号光系统和探测系统；

[0039] 所述滤频反射镜系统包括第一半导体激光器1、第一光隔离器2、分束器3、第一半波片4、第二45°全反镜6、第二半波片7和由第一偏振分光棱镜5、第二偏振分光棱镜8、热碱金属原子汽室9和第一45°全反镜15构成的滤频反射镜，第一半导体激光器1为耦合光光源，第一半导体激光器1的出射光路上依次设有第一光隔离器2和分束器3，分束器3透射的光路上依次设有第一半波片4和第一偏振分光棱镜5，分束器3反射的光路上设有第二45°全反镜6，第二45°全反镜6的反射光路上依次设有第二半波片7和第二偏振分光棱镜8，第一偏振分光棱镜5和第二偏振分光棱镜8的反射光路上设有内充碱金属原子介质的热碱金属原子汽室9，在第一偏振分光棱镜5的光路入射口处设置第一45°全反镜15使信号光相对耦合光方向能以小于0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室9；

[0040] 所述信号光系统包括第二半导体激光器11、第二光隔离器12、第三半波片13和第三偏振分光棱镜14，第二半导体激光器11为信号光光源，第二半导体激光器11的出射光路上顺次设有第二光隔离器12、第三半波片13和第三偏振分光棱镜14；

[0041] 所述探测系统包括第一光电探测器16、第二光电探测器17和数字存储示波器20，第一光电探测器16设在经第一45°全反镜15反射并依次穿过热碱金属原子汽室9和第二偏振分光棱镜8的光路上，第二光电探测器17设在反向穿过第一偏振分光棱镜5的四波混频信号反射光的光路上，第一光电探测器16和第二光电探测器17的信号输出端共同连接有数字存储示波器20。

[0042] 所述设备还包括控温仪10，所述控温仪10设在热碱金属原子汽室9的外周用于控制和显示热碱金属原子汽室9的温度，热碱金属原子汽室9的温度为30-70摄氏度。

[0043] 实施例1

[0044] 本实施例中的一种构建滤频反射镜的方法，包括如下步骤：1)在充有铯原子蒸汽的热碱金属原子汽室9两侧的光路入射口处分别设置第一偏振分光棱镜5和第二偏振分光棱镜8，在第一偏振分光棱镜5的光路入射口处设置第一45°全反镜15，调节第一45°全反镜15使信号光相对耦合光方向能以0.43°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室9；2)将两束频率和偏振相同、功率20毫瓦、波长894.5nm且可连续调谐的耦合光分别经第一偏振分光棱镜
5、第二偏振分光棱镜8反射后对向共线穿过热碱金属原子汽室9，两束耦合光的频率作用于铯原子D1线基态Fg＝4至激发态Fe＝4的能级跃迁，在热碱金属原子汽室9内形成驻波；将另一束频率连续变化、功率300微瓦、波长894.5nm且可连续调谐的信号光经第一45°全反镜15折射后相对耦合光方向以0.43°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室9，信号光的频率作用于铯原子D1线基态Fg＝3至激发态Fe＝4的能级跃迁且连续扫描，在耦合光、信号光与铯原子作用下形成Λ型电磁诱导透明能级结构；当信号光频率扫描至和耦合光的频率满足双光子共振跃迁条件时，产生四波混频效应，同时反向产生一束频率相同的四波混频信号光，该四波混频信号光的反射方向与耦合光方向形成的反射角和信号光相对于耦合光的入射角大小相同、方向相反，入射的其他频率成分的信号光沿原入射方向穿过热碱金属原子汽室9，从而实现滤频反射镜功能。

[0045] 使用上述施例中构建滤频反射镜方法的设备，包括滤频反射镜系统、信号光系统和探测系统；

[0046] 所述滤频反射镜系统包括第一半导体激光器1、第一光隔离器2、50/50分束器3、第一半波片4、第二45°全反镜6、第二半波片7、温控仪10和由第一偏振分光棱镜5、第二偏振分光棱镜8、热碱金属原子汽室9和第一45°全反镜15构成的滤频反射镜，采用输出波长为894.5nm、频率可连续调谐的第一半导体激光器1作为耦合光光源，第一半导体激光器1的出射光路上依次设有第一光隔离器2和50/50分束器3，耦合光经第一光隔离器2和50/50分束器3后分成功率相同的两束光，分束器3透射的光路上依次设有第一半波片4和第一偏振分光棱镜5，分束器3反射的光路上设有第二45°全反镜6，透过50/50分束器3和第一半波片4并经第一偏振分光棱镜5反射的耦合光为前向耦合光，经分束器3反射的光为后向耦合光，在后向耦合光路上设有第二45°全反镜6，第二45°全反镜6的反射光路上依次设有第二半波片
7和第二偏振分光棱镜8，第一偏振分光棱镜5和第二偏振分光棱镜8的反射光路上设有内充铯原子介质的热碱金属原子汽室9，在热碱金属原子汽室9的外围设有温控仪10；前向耦合光和后向耦合光均来自第一半导体激光器1，因此两束光频率相同，偏振方向相同，通过调节第一半波片4和第二半波片7，使两束光的功率相同，即Pc2＝Pc1＝20毫瓦，两束光叠加形成驻波耦合场；在第一偏振分光棱镜5的光路入射口处设置第一45°全反镜15使信号光相对耦合光方向能以0.43°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室9；

[0047] 所述信号光系统包括第二半导体激光器11、二光隔离器12、第三半波片13和第三偏振分光棱镜14，采用输出波长为894.5nm、频率可连续调谐的第二半导体激光器11作为信号光光源，第二半导体激光器11的出射光路上顺次设有第二光隔离器12、第三半波片13和第三偏振分光棱镜14；第二半导体激光器11发出的光经过第二光隔离器12、第三半波片13和第三偏振分光棱镜14，经第三偏振分光棱镜14透射的水平偏振的光作为信号光，通过调节第三半波片13使信号光的功率Ps＝300微瓦；通过调节第一45°全反镜15使穿过第一偏振分光棱镜5的信号光相对于对耦合光方向以0.43°的入射角进入热碱金属原子汽室9，并从第二偏振分光棱镜8透射进入第一光电探测器16；

[0048] 所述探测系统包括第一光电探测器16、第二光电探测器17和数字存储示波器20；第一光电探测器16设在经第一45°全反镜15反射并依次穿过热碱金属原子汽室9和第二偏振分光棱镜8的光路上，第一光电探测器16对透过热碱金属原子汽室9的信号光进行探测，同时也监测经第一半导体激光器发出的耦合光的频率失谐Δc；第二光电探测器17设在反向穿过第一偏振分光棱镜5的四波混频信号反射光的光路上，用来探测反射的四波混频信号强度随信号光频率失谐的变化；第一光电探测器16和第二光电探测器17的信号输出端分别通过第一BNC线18和第二BNC线19连接至数字存储示波器20的信号输入端，两个光电探测器均为直流探测器，且性能参数完全相同，探测到的信号分别通过BNC导线输入数字存储示波器20中显示和采集数据，数字存储示波器20的触发信号由第二半导体激光器11提供。

[0049] 本实施例中，热碱金属原子汽室9的长度为75mm，在热碱金属原子汽室9的两端端面镀有波长为894.5nm的增透膜，可减少透射和反射信号光在穿过汽室时由玻璃表面产生的反射损耗，同时在热碱金属原子汽室9的侧面裹有3层μ箔，可屏蔽外界磁场对汽室内介质能级的影响；热碱金属原子汽室9的温度为64摄氏度。

[0050] 图3为光场作用于铯原子能级跃迁的示意图。图中，前向耦合光频率ωc1和后向耦2
合光频率ωc2相同，即ωc1＝ωc2，将两个耦合光的频率锁定在铯原子D1线基态6 S1/2，Fg＝4至激发态62P1/2，Fe＝4的能级跃迁附近，耦合光相对原子共振中心的频率失谐为Δc，Δc＝ωc1-ω44，ω44为铯原子能级Fg＝4到Fe＝4的跃迁频率；信号光频率在铯原子D1线基态
62S1/2，Fg＝3至激发态62P1/2，Fe＝4的共振中心扫描，信号光相对原子共振中心的频率失谐为Δs，Δs＝ωs-ω34，ω34为铯原子能级Fg＝3到Fe＝4的跃迁频率，信号光和耦合光与原子相互作用，形成了Λ型三能级电磁诱导透明能级结构。

[0051] 图4为在本实施例的条件下，改变后向耦合光功率时，信号光的归一化透射信号强度谱图。图中：(1)为后向耦合光功率Pc2＝0时，信号光的归一化透射信号强度T随信号光频率失谐Δs的变化曲线；(2)为后向耦合光功率等于前向耦合光功率一半,即Pc2＝0.5Pc1时，信号光的归一化透射信号强度T随信号光频率失谐Δs的变化曲线；(3)为后向耦合光功率等于前向耦合光功率,即Pc2＝Pc1时，信号光的归一化透射信号强度T随信号光频率失谐Δs的变化曲线；信号光的归一化透射信号强度T＝经第一光电探测器16探测到透射信号光强度/经第一45°反射镜15反射进入铯原子汽室9的信号光强度；信号光频率在铯原子D1线基态62S1/2，Fg＝3至激发态62P1/2，Fe＝4的能级跃迁中心附近扫描；通过调节第二半导体激光器11的电压使信号光频率失谐Δs＝0时,图4中的(1)、(2)和(3)曲线均出现峰值，(1)中峰值最大，说明后向耦合光功率Pc2＝0时，透射的信号光最多，(3)为负峰，说明Pc2＝Pc1时，透射的信号光最少。

[0052] 图5为在图4的基础上，改变后向耦合场功率条件，四波混频信号光的归一化反射信号强度谱。图中：(1)为后向耦合光功率Pc2＝0时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐Δs的变化曲线；(2)为后向耦合光功率Pc2＝0.5Pc1时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐Δs的变化曲线；(3)为后向耦合光功率Pc2＝Pc1时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐Δs的变化曲线；四波混频信号光的归一化反射信号强度R＝经第二光电探测器17探测到的四波混频信号光的反射信号强度/经第一45°反射镜15反射进入铯原子汽室9的信号光强度。由图5可知，当后向耦合光功率Pc2＝0时，入射的信号光从铯原子汽室9透射而出，此时无四波混频反射信号产生，原子介质系统对于频率满足双光子共振的信号光是透明的；调节第二半波片7，使后向耦合光功率逐渐增大时，在双光子共振中心附近，四波混频信号的反射方向上逐渐产生反射信号并逐渐增强，当Pc2＝0.5Pc1时，此时的原子介质相对于双光子共振附近的信号，就如同一半透半反镜；当Pc2＝Pc1时，四波混频反射信号的强度达到最大，说明此时铯原子介质对双光子共振中心的信号光的反射率达到最大，相当于全反镜。

[0053] 由图4和图5可以看出，当信号光频率和耦合光频率满足双光子共振条件时，通过调节第二半波片7来控制后向耦合光的功率大小，可以改变滤频反射镜对信号光的反射率(透射率)，且当Pc2＝Pc1时，该滤频反射镜的反射率最大。而对其他频率成分的信号光不产生任何影响，从而实现了反射率连续可调的滤频反射功能。

[0054] 实施例2

[0055] 本实施例中的一种构建滤频反射镜的方法与实施例1中的相同，其中第一45°全反镜15使信号光相对耦合光方向以0.14°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室9，耦合光的功率为30毫瓦，信号光的功率Ps＝400微瓦。

[0056] 使用上述施例中构建滤频反射镜方法的设备与实施例1中的相同，其中热碱金属原子汽室9的温度为30摄氏度。

[0057] 实施例3

[0058] 本实施例中的一种构建滤频反射镜的方法与实施例1中的相同，其中第一45°全反镜15使信号光相对耦合光方向以0.6°的入射角入射穿过热碱金属原子汽室9，耦合光的功率为5毫瓦，信号光的功率Ps＝500微瓦。

[0059] 使用上述施例中构建滤频反射镜方法的设备与实施例1中的相同，其中热碱金属原子汽室9的温度为70摄氏度。

[0060] 上述实施例中的热碱金属原子汽室9内充有铯原子蒸汽，所述铯原子也可用铷、钠等其他碱金属代替。只要是具有多能级系统的原子，并且具有激发对应能级跃迁的相干激光光源，形成Λ型三能级跃迁结构，都可以在本发明所述方法下实现滤频反射镜功能。

[0061] 图6为在铯原子汽室9的长度为75mm、温度为30℃、注入铯原子汽室9的前向耦合光和后向耦合光功率均为20毫瓦、信号光功率为300微瓦、耦合光频率失谐Δc＝0的条件下，本发明滤频反射镜的反射效率随信号光入射角度的变化趋势图。滤频反射镜的反射效率是指在该滤频反射镜的反射率等于1时，四波混频信号光的反射信号强度与入射信号光强的比值，可通过四波混频信号光的归一化反射信号峰值R来反映。由图6可知，改变信号光的入射角，该滤频反射镜对信号光的反射效率也随之改变，当信号光入射角为0.43°时，反射效率最大。这是因为产生该反射信号的四波混频过程遵循动量守恒定律，当信号光和耦合光的频率作用于原子能级跃迁时，该角度下的反射效率最大。当信号光和耦合光作用于不同的原子能级系统或选择不同的原子介质时，最佳的入射角度也不同。

[0062] 图7为在铯原子汽室9的长度为75mm、注入铯原子汽室9的前向耦合光和后向耦合光功率均为20毫瓦、信号光功率为300微瓦和耦合光频率失谐Δc＝0的条件下，本发明滤频反射镜的反射效率随铯原子汽室温度变化的变化趋势图；反射效率通过四波混频信号光的归一化反射信号峰值R来反映。图中：(1)为信号光入射角θ＝0.43°时，滤频反射镜的反射效率随热碱金属原子汽室的温度变化的变化趋势；(2)为信号光入射角θ＝0.28°时，滤频反射镜的反射效率随热碱金属原子汽室9的温度变化的变化趋势；(3)为信号光入射角θ＝0.57°时，滤频反射镜的反射效率随热碱金属原子汽室的温度变化的变化趋势。由图7可知，当信号光入射角θ＝0.43°，反射效率最大，当入射角大于或小于0.43°时，反射效率均有所下降；随着温度的升高，不同入射角度下的反射效率均有所提升，且在铯原子汽室9的温度达到64℃左右时，不同入射角度下的反射效率均达到最大值。当热铯原子汽室9的温度达为64℃，信号光入射角θ＝0.43°时，反射效率约60％，当θ＝0.28°时，反射效率约57％，θ＝0.57°时，反射效率约45％，说明在铯原子汽室9温度较高时，以入射角0.43°为中心，正负约0.2°范围内，均能获得反射效率超过40％的反射谱信号。

[0063] 图8为在铯原子汽室9的长度为75mm、温度为35℃、注入铯原子汽室9的前向耦合光和后向耦合光功率为Pc1＝Pc2＝20毫瓦、信号光的功率为Ps＝300微瓦、信号光入射角θ＝0.43°的条件下，不同耦合光频率失谐下的反射信号谱图。图中：(1)为耦合光频率失谐Δc＝8MHz时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐的变化曲线；(2)为耦合光频率失谐Δc＝41.4MHz时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐的变化曲线；(3)为耦合光频率失谐Δc＝82.3MHz时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐的变化曲线；(4)为耦合光频率失谐Δc＝123.3MHz时，四波混频信号的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐的变化曲线；(5)为耦合光频率失谐Δc＝-
16.7MHz时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐的变化曲线；(6)为耦合光频率失谐Δc＝-45.8MHz时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐的变化曲线；(7)为耦合光频率失谐Δc＝-81MHz时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐的变化曲线；(8)为耦合光频率失谐Δc＝-126.9MHz时，四波混频信号光的归一化反射信号强度R随信号光频率失谐的变化曲线。由图8可知，产生的四波混频反射信号峰的频率位置会随着耦合光的频率失谐Δc移动，但始终满足双光子共振条件，即信号光频率失谐量Δs＝耦合光频率失谐量Δc。同时当耦合光频率失谐Δc较大时，产生的反射信号的峰值效率会逐渐降低，但在耦合光频率失谐在正负120MHz范围内，依然可以获得反射效率达到40％的反射信号，说明该反射镜可以获得宽频谱范围的反射效率较高的滤频反射信号。耦合光频率失谐Δc可通过调节第一半导体激光器1的电压来调节，通过改变第一激光器1的输出功率，即驻波耦合光的总功率，来实现对滤频反射镜反射效率的连续控制。

[0064] 本发明中还可通过调节第三半波片13来改变输入信号光的强度，来调节滤频反射镜的反射效率。通过改变第一激光器1的输出功率，即驻波耦合光的总功率，来实现对滤频反射镜反射效率的连续控制，在耦合光功率为5-30毫瓦，信号光功率为50-500微瓦的范围内，均可实现本发明。

[0065] 本发明的原理为：四波混频效应是基于原子相干效应产生波混频信号的过程，具体是指一对强的驻波耦合场作用于原子介质时，使原子介质对信号光的折射率产生周期性的调制，同时提高了介质的三阶非线性极化率，当信号光频率与耦合光满足双光子共振时，原子介质对该频率成分的信号光产生受激吸收，并通过受激辐射跃迁形式产生第四束光，即四波混频信号，能量守恒决定了新产生光的频率与被吸收的入射信号光相同，而频率不满足双光子共振条件的这部分信号光则不会被受激吸收，沿原传播方向继续传播，但会受到二能级原子的共振吸收及热原子无规则运动产生的多普勒吸收效应；满足动量守恒的相位匹配条件决定了第四束光会以入射光相对耦合光方向对称反向射出，从而形成了滤频反射镜效应。