專利名稱：超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置。主要按照可控制方式發(fā)生非線性變化的光學(xué)系統(tǒng)來放大超短啁啾脈沖波長(zhǎng)信號(hào)光。
背景技術(shù)：
已有技術(shù)中美國(guó)普林澤麥斯勞.彼.馬克維茲(Przemyslaw.P.Markowicz)等人在“三維光子晶體中強(qiáng)勢(shì)增加產(chǎn)生三次諧波”(Dramatic Enhancement of Third-harmonic Generation inThree-Dimensional photonic crystals)[Physical Review LettersVol.92，No.8(2004)]一文中論述了關(guān)于光在三維光子晶體中產(chǎn)生三次諧波的理論和特性研究，為提供一種放大超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置奠定了理論基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，利用信號(hào)光經(jīng)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖可調(diào)制信號(hào)光，將其展寬后在三維光子晶體中傳播的非線性效應(yīng)進(jìn)行行波放大，再對(duì)展寬放大的脈沖進(jìn)行壓縮，實(shí)現(xiàn)超短啁啾脈沖信號(hào)光的放大。該裝置應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作和泵浦效率高的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特點(diǎn)是該裝置最核心的元件是一三維光子晶體，進(jìn)入該三維光子晶體的信號(hào)光路的光學(xué)元件依次是信號(hào)光源、第一脈沖發(fā)生器、光準(zhǔn)直元件、起偏元件、第一展寬器和耦合元件；隔離器和分光元件位于所述的三維光子晶體之后，進(jìn)入所述的三維光子晶體的另一泵浦光路的光學(xué)元件沿泵浦光的前進(jìn)方向依次是泵浦光激光器、第二脈沖發(fā)生器、起偏器、第二展寬器和整形器；隔離器之后是分光元件和壓縮器，壓縮器)之后是信號(hào)光接收裝置。
所述的信號(hào)光源和泵浦光源是激光器為光纖固體激光器，或半導(dǎo)體激光器。
所述的所說的第一脈沖發(fā)生器和第二脈沖發(fā)生器是電光調(diào)制的脈沖發(fā)生器。
所述的起偏元件和起偏器為尼克耳棱鏡，或偏振片，或渥拉斯頓棱鏡。
所述的光準(zhǔn)直元件是由半凸球面透鏡構(gòu)成的。
所述的第一展寬器和第二展寬器的結(jié)構(gòu)相同，主要由閃耀光柵、凸面反射鏡和凹面反射鏡構(gòu)成，其光路是輸入光經(jīng)閃耀光柵反射、凹面反射鏡反射、凸面反射鏡反射、再經(jīng)凹面反射鏡反射而輸出。
所述的耦合元件是微光學(xué)透鏡構(gòu)成的。
所述的三維光子晶體是在三維光子晶體襯底上布設(shè)若干三維光子晶體點(diǎn)構(gòu)成的。
所述的三維光子晶體點(diǎn)是由玻璃內(nèi)摻雜，或是石英摻雜材料組成，三維光子晶體點(diǎn)的折射率大于三維光子晶體襯底，摻雜的元素是鐿、鉺稀有元素，所述的三維光子晶體點(diǎn)呈球體形、立方體形、長(zhǎng)方體形、菱體形、多面體形或曲線體形；三維光子晶體點(diǎn)之間的排列呈菱形、方形、矩形或多邊形。
上述的隔離器是磁光隔離器。
上述的分光元件為平面透射光柵，或透射閃耀光柵，或透射凹面光柵。
上述的反射元件為平面反射鏡，或凹面反射鏡。
所述的接收裝置為CCD二極管列陣探測(cè)器，或光電二極管，或光電倍增管，可多通道板，或示波器，或計(jì)算機(jī)。
所述的整形器為光闌或透鏡。
本發(fā)明的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置的優(yōu)點(diǎn)1、使用本發(fā)明的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置可實(shí)現(xiàn)超短脈沖啁啾波長(zhǎng)信號(hào)光的放大；2、泵浦的效率高.


圖1是本發(fā)明超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置最佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中展寬器5的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖1中A_A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖1中B_B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖1中壓縮器10的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖1中第二展寬器13的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-信號(hào)光源 2-第一脈沖發(fā)生器 3-光準(zhǔn)直元件4-起偏元件 5-第-展寬器 501-閃耀光柵 502-凸面反射鏡503-凹面反射鏡 6-耦合元件 7-三維光子晶體 701-三維光子晶體襯底 702-三維光子晶體點(diǎn) 8-隔離器 9-分光元件 10-壓縮器 1001-凹面閃耀光柵 1002-凹面反射鏡11-接收裝置 12-整形器 13-第二展寬器 1301-閃耀光柵1302-凸面反射鏡 303、凹面反射鏡 14-起偏器 15-第二脈沖發(fā)生器 16-泵浦光激光器
具體實(shí)施例方式先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，包括，最核心的元件為三維光子晶體7，隔離器8和分光元件9位于三維光子晶體7之后，耦合元件6和展寬器5及起偏元件4置于三維晶體光子7之前，準(zhǔn)直光元件3置于起偏元件4之前，置于準(zhǔn)直光元件3的入射面之前是脈沖發(fā)生器2和信號(hào)光源1，置于三維光子晶體7的側(cè)面另一路光學(xué)元件是整形器12，展寬器13位于整形器12之前，起偏器14位于展寬器13之前，起偏器14之前是脈沖發(fā)生器15和泵浦光激光器16，隔離器8之后是分光元件9和壓縮器10，壓縮器10之后是被放大的信號(hào)光接收裝置11。
所說的信號(hào)光源1是激光器可為光纖固體激光器，或半導(dǎo)體激光器，泵浦光激光器16是激光二極管，信號(hào)光源1發(fā)射的光入射到脈沖發(fā)生器2上產(chǎn)生脈沖信號(hào)光射入準(zhǔn)直光元件3，經(jīng)準(zhǔn)直光元件3出射的脈沖信號(hào)光被起偏元件4起偏變成線偏振光，該線偏振光入射到展寬器5而被展寬，展寬后的脈沖信號(hào)光入射到耦合元件6上，經(jīng)耦合元件6耦合后的光射入三維光子晶體7內(nèi)，泵浦光由激光器16出射經(jīng)脈沖脈沖發(fā)生器15產(chǎn)生脈沖泵浦光后進(jìn)入起偏器14起偏成線偏振光，再經(jīng)展寬器13展寬后進(jìn)入整形器12整成所需要的光斑形狀后從側(cè)面入射到三維光子晶體7內(nèi)，泵浦光與信號(hào)光在三維光子晶體內(nèi)耦合被放大之后經(jīng)隔離器8射入分光元件9，分光元件9將閑置光分離出去后把被放大的信號(hào)光送進(jìn)壓縮器10內(nèi)，壓縮器10將信號(hào)光壓縮成超短脈沖光后入射到信號(hào)光的接收裝置11上。
所說的構(gòu)成信號(hào)光源1和泵浦光源16是光纖固體激光器，或半導(dǎo)體激光器。
所說的第一脈沖發(fā)生器2和第二脈沖發(fā)生器15是電光調(diào)制的脈沖發(fā)生器。
所說的起偏元件4和起偏器14為尼克耳棱鏡，或偏振片，或渥拉斯頓棱鏡。
所說的準(zhǔn)直光元件3是由半凸球面透鏡構(gòu)成的。
所說的展寬器5主要包括閃耀光柵501，凸面反射鏡502和凹面反射鏡503，如圖2所示。
所說的耦合元件6是由微光學(xué)透鏡構(gòu)成的。
所說的三維光子晶體7是由玻璃，或是由石英構(gòu)成的，三維光子晶體橫截面如圖3和4所示，三維光子晶體襯底701上是三維光子晶體點(diǎn)702，三維光子晶體點(diǎn)702呈球體形，立方體形，長(zhǎng)方體形，菱體形，多面體形和曲線體形；702之間的排列呈菱形，方形，矩形和多邊形。三維光子晶體點(diǎn)702是由玻璃內(nèi)摻雜，或是石英摻雜材料組成，三維光子晶體點(diǎn)702多的折射率大于三維光子晶體襯底701，摻雜的元素是鐿、鉺等稀有元素。
所說的分光元件9是平面透射光柵，或是透射閃耀光柵，或是透射凹面光柵構(gòu)成的。
所說的壓縮器10主要包括凹面閃耀光柵1001，凹面反射鏡1002，如圖5所示。
所說的接收裝置11是CCD二極管列陣探測(cè)器，或者是光電二極管，或者是光電倍增管，或者是多通道板，或是示波器，或者是計(jì)算機(jī)。
所說的整形器12是由光闌、透鏡構(gòu)成的。
所說的泵浦光路上的第二展寬器13主要包括閃耀光柵1301，凸面反射鏡1302和凹面反射鏡1303，如圖6所示。
本發(fā)明的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置工作過程是當(dāng)信號(hào)光經(jīng)脈沖發(fā)生器2產(chǎn)生脈沖信號(hào)光后經(jīng)準(zhǔn)直光元件3調(diào)整成平行光后進(jìn)入起偏元件4變成平行偏振光，該平行偏振光由第一展寬器5將脈沖展寬，展寬的脈沖存在色散形成啁啾脈沖，展寬了的啁啾脈沖被耦合元件6耦合到三維光子晶體7內(nèi)，另一路泵浦光由泵浦光激光器發(fā)出的光經(jīng)第二脈沖發(fā)生器15產(chǎn)生脈沖泵浦光直入起偏器14后變成線偏振光再經(jīng)第二展寬器13展寬，泵浦光脈沖展寬的脈寬要大于信號(hào)脈沖光的脈寬，在三維光子晶體7內(nèi)，泵浦光經(jīng)整形器12整成所需的光斑形狀，從三維光子晶體7的側(cè)面進(jìn)入三維光子晶體7內(nèi)，泵浦光脈沖要全部包絡(luò)信號(hào)光脈沖，信號(hào)光Is與泵浦光Ip在三維光子晶體7內(nèi)相遇時(shí)，由于非線性耦合效應(yīng)，使信號(hào)光Is被放大，由三維光子晶體7放大輸出兩種光，一種是被放大的信號(hào)光Gs，另一種光稱為空閑光Gi，兩種光經(jīng)隔離器8和分光元件9之后各波長(zhǎng)被分開，隔離器8防止前進(jìn)的光在遇到光學(xué)元件表面時(shí)反射回來的光打壞三維光子晶體7，被放大的信號(hào)光經(jīng)壓縮器10色散得到補(bǔ)償，將脈沖信號(hào)光壓縮成超短的啁啾脈沖，放大后被壓縮的信號(hào)光輸送到接收裝置11上。
信號(hào)光和泵浦光的耦合放大是利用三維光子晶體中的一種非線性現(xiàn)象，它將一小部分入射光功率轉(zhuǎn)移到頻率比其低的斯托克斯波上；其工作原理是基于三維光子晶體的受激拉曼散射(SRS)效應(yīng)。三維光子晶體中的SRS源于三維光子晶體的三階非線性效應(yīng)，表現(xiàn)為泵浦光子、斯托克斯(Stokes)光子與光學(xué)支聲子之間的相互作用泵浦光子被介質(zhì)分子吸收，電子從基態(tài)躍遷到虛能級(jí)，虛能級(jí)的大小是由泵浦光的能量決定的，然后虛能級(jí)的電子在信號(hào)光的感應(yīng)下回到振動(dòng)態(tài)的高能級(jí)，產(chǎn)生一個(gè)與信號(hào)光相同頻率、相同相位、相同方向的光子，稱為斯托克斯光子。如果一個(gè)信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光波同時(shí)在三維光子晶體內(nèi)，并且信號(hào)光波長(zhǎng)位于泵浦光波的拉曼增益譜帶寬之內(nèi)，則此信號(hào)光可被該三維光子晶體放大。
在圖1所示的裝置中，信號(hào)光源1是用固體激光器作光源，輸出波長(zhǎng)是10645nm，輸出能量2.7μJ。三維光子晶體點(diǎn)702呈球體形，三維光子晶體襯底是石英，摻雜為鉺，信號(hào)光為其三倍頻354nm。實(shí)驗(yàn)表明波長(zhǎng)為354nm的信號(hào)光被放大600倍以上，脈寬為2.1×10-15秒。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作和泵浦效率高的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于該裝置最核心的元件是三維光子晶體(7)，進(jìn)入該三維光子晶體(7)的信號(hào)光路的光學(xué)元件依次是信號(hào)光源(1)、第一脈沖發(fā)生器(2)、光準(zhǔn)直元件(3)、起偏元件(4)、第一展寬器(5)和耦合元件(6)；隔離器(8)和分光元件(9)位于所述的三維光子晶體(7)之后，從側(cè)面進(jìn)入所述的三維光子晶體(7)的泵浦光路的光學(xué)元件沿泵浦光的前進(jìn)方向依次是泵浦光激光器(16)、第二脈沖發(fā)生器(15)、起偏器(14)、第二展寬器(13)和整形器(12)；隔離器(8)之后是分光元件(9)和壓縮器(10)，壓縮器(10)之后是信號(hào)光接收裝置(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的信號(hào)光源(1)和泵浦光源(16)是激光器為光纖固體激光器，或半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的所說的第一脈沖發(fā)生器(2)和第二脈沖發(fā)生器(15)是電光調(diào)制的脈沖發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的起偏元件(4)和起偏器(14)為尼克耳棱鏡，或偏振片，或渥拉斯頓棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的光準(zhǔn)直元件(3)是由半凸球面透鏡構(gòu)成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的第一展寬器(5)和第二展寬器(13)的結(jié)構(gòu)相同，主要包括閃耀光柵(501)、凸面反射鏡(502)和凹面反射鏡(503)構(gòu)成，其光路是輸入光經(jīng)閃耀光柵(501)反射、凹面反射鏡(503)反射、凸面反射鏡(502)反射、再經(jīng)凹面反射鏡(503)反射而輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的三維光子晶體(7)是在三維光子晶體襯底(701)上布設(shè)若干三維光子晶體點(diǎn)(702)構(gòu)成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的三維光子晶體點(diǎn)(702)是由玻璃內(nèi)摻雜，或是石英摻雜材料組成，三維光子晶體點(diǎn)(702)的折射率大于三維光子晶體襯底(701)，摻雜的元素是鐿、鉺稀有元素，所述的三維光子晶體點(diǎn)(702)呈球體形、立方體形、長(zhǎng)方體形、菱體形、多面體形或曲線體形；三維光子晶體點(diǎn)(702)之間的排列呈菱形、方形、矩形或多邊形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的分光元件(9)是平面透射光柵，或是透射閃耀光柵，或是透射凹面光柵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特征在于所述的接收裝置(11)是CCD二極管列陣探測(cè)器、光電二極管、光電倍增管、多通道板、示波器、或計(jì)算機(jī)。
全文摘要
一種超短啁啾脈沖光子晶體光學(xué)參量放大裝置，其特點(diǎn)是該裝置最核心的元件是一三維光子晶體，進(jìn)入該三維光子晶體的信號(hào)光路的光學(xué)元件依次是信號(hào)光源、第一脈沖發(fā)生器、光準(zhǔn)直元件、起偏元件、第一展寬器和耦合元件；隔離器和分光元件位于所述的三維光子晶體之后，進(jìn)入所述的三維光子晶體的另一泵浦光路的光學(xué)元件沿泵浦光的前進(jìn)方向依次是泵浦光激光器、第二脈沖發(fā)生器、起偏器、第二展寬器和整形器；隔離器之后是分光元件和壓縮器，壓縮器)之后是信號(hào)光接收裝置。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作和泵浦效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/39GK1603931SQ20041008427
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者金石琦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所