CN1190697C - 斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置 - Google Patents
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Abstract
一种斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是该装置包括：激光泵浦源、激光光源、半透半反起偏元件、起偏平面反射元件、倍频晶体、脉冲延迟装置、脉冲延迟监测控制器、介质腔和接收装置。本开关装置具有结构简单、容易操作、粒子数反转效率高、开关速度快的特点。
Description
技术领域
本发明是一种斯塔克啁啾光学双稳态快速开关。主要用来按照可控制方式产生非线性变化的光学系统。
背景技术
乌克兰亚特森克(L.P.Yatsenko)等人在“利用斯塔克啁啾快速绝热跟随技术产生相干叠加态”(Creation of coherent superpositions usingStark-chirped rapid adiabatic passage)和德国瑞克斯等人在“利用激光诱导斯塔克移动—双光子激发实现有效的绝热几率转移”(Efficientadiabatic population transfer by two-photon excitation assisted ba laser-induced Stark shift)文中论述了关于斯塔克啁啾快速绝热产生的斯塔克啁啾能级移动和产生相干态的理论和实验，但没有提供一种斯塔克啁啾光学双稳态快速开关的实用仪器。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，利用斯塔克脉冲和泵浦脉冲部分重叠和延迟激发工作介质产生斯塔克能级移动而形成相干叠加态，用适当的边界条件控制工作介质，实现光学双稳态快速开关。该装置应具有结构简单，容易操作和实现净粒子数反转的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特点是该装置依光传播方向为序依次包括：激光泵浦源、激光光源、起偏元件、平面反射元件、倍频晶体、脉冲延迟装置、脉冲延迟监测控制器、介质腔和接收装置；
上述的激光泵浦源是激光二极管，或其它激光器。
上述的激光光源的激光器可为光纤固体激光器，或半导体激光器，或其它固态激光器。
上述的起偏元件是一镀偏振膜平面镜。
上述的平面反射元件是镀偏振平面镜而成的。
上述的倍频晶体是BBO晶体、或是LBO晶体、或是KDP晶体、或是KTP晶体。
上述的脉冲延迟装置是由光学元件组成的光学系统、或是光纤组成的光学系统。
上述的脉冲延迟监测控制器可为脉冲发生器和探测元件。
上述的介质腔是将介质置于环形腔内的光路上构成、或是将介质置于法布利——珀罗标准具中的光路上构成。
上述的工作介质是二能级系统的原子、离子、分子、或是半导体材料。
上述的接收装置可为CCD二极管列阵探测器，或光电二极管，或光电倍增管，或多通道板，或示波器，或计算机，或使用装置。
本发明的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置的优点：
1、使用本发明的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关可实现；
2、斯塔克啁啾光学双稳态快速开关工作介质可使用的材料较多；
3、粒子数反转的效率高；
4、起偏元件和平面镜容易实现，可选用的种类较多；
5、整个装置全部固化，结构简单，容易操作。
附图说明：
图1是本发明斯塔克啁啾光学双稳态开关最佳实施例结构示意图。
图2是本发明斯塔克啁啾光学双稳态开关装置中脉冲延迟装置中AA剖视图。
图3是本发明斯塔克啁啾光学双稳态开关装置中介质腔BB剖视图。
图中：
1-激光泵浦源 2-激光器 3-半透半反起偏元件
4-起偏反射元件 5-倍频晶体 6-脉冲延迟装置
7-介质腔 8-接收装置 9-显示器 10-脉冲延迟监测控制器
601-泵浦光平面反射镜 602-斯塔克脉冲光平面反射镜
603-斯塔克脉冲光平面反射镜 604-泵浦光平面反射镜
701-透射4％的平面反射镜 702-工作介质 703-反射96％的平面镜
704-全反射平面反射镜 705-全反射平面反射镜
具体实施方式
先请参阅图1，图1是本发明斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置最佳实施例的结构示意图，由图可见，本发明斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，包括，最核心的元件为倍频晶体5，脉冲延迟装置6、脉冲延迟监测控制器10和介质腔7，置于脉冲延迟器6之前是起偏平面反射镜4和倍频晶体5，置于起偏平面反射镜4之前是半透半反起偏平面反射镜3，置于半透半反起偏平面反射镜3的入射面之前有激光光源2和激光泵浦源1，脉冲延迟监测控制器10置于脉冲延迟装置6侧面，脉冲延迟装置6之后是介质腔7，接收装置8置于介质腔7之后，接收装置8之后连接一接收显示器9。
所说的激光光源2是以光纤激光器构成的，激光泵浦源1是激光二极管，激光光源2发射的激光入射到半透半反起偏平面反射镜3上，反射光以产生斯塔克光脉冲Is，透射光入射到起偏反射镜4上之后入射到倍频晶体5上，经倍频晶体5倍频之后形成泵浦光脉冲Ip，泵浦光脉冲Ip和斯塔克光脉冲Is入射到脉冲延迟器6上，由脉冲延迟监测控制器10调整，使塔克光脉冲Is超前泵浦光脉冲Ip约30％至70％脉宽，同时保正两个脉冲之间有20％至80％的重叠。部分重叠的两个脉冲同时入射到介质腔7内，有开关作用的信号由接收装置8接收后送到显示器9上显示出来。
所说的起偏元件4是一镀偏振膜平面镜。
所说的半透半反起偏元件3是镀半透半反偏振膜的平面镜。
所说的激光光源2是光纤固体激光器，或半导体激光器，或其它固态激光器。
所说的激光泵浦源1是激光二极管，或其它激光器。
所说的倍频元件5可由BBO晶体、LBO晶体、KDP晶体、或KTP晶体构成。
所说的脉冲延迟装置6是由一系列反射镜组合而成的，如图2所示，由脉冲延迟监测控制器10控制斯塔克光脉冲Is和泵浦光脉冲Ip有20％至80％脉冲宽度的重叠，并且塔克光脉冲Is超前泵浦光脉冲Ip30％至70％脉宽。
所述的脉冲延迟监测器10可为脉冲发生器或探测元件。
所说的介质腔7是由环形腔内放置工作介质或法布利——珀罗标准具中放置工作介质构成的，如图3所示。
所说的接收装置8是CCD二极管列阵探测器，或光电二极管，或光电倍增管，或多通道板，或示波器，或计算机，或使用装置。
本发明斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置的工作过程是：
当激光器2发射出的激光经半透半反起偏平面反射镜3后，反射光形成斯塔克光脉冲Is，透射光经起偏平面反射镜4入射到倍频晶体5上，倍频后的光形成泵浦光脉冲Ip，两束光脉冲入射到脉冲延迟装置6的入射面F，斯塔克光脉冲Is经平面反射镜604和601先由脉冲延迟装置6的出射面E出射，泵浦光脉冲Ip向后延迟30％或至70％与斯塔克光脉冲Is同轴重叠20％或至80％，由脉冲延迟装置6的出射面E出射，斯塔克光脉冲Is先入射到介质腔7中的平面反射镜701，参见图3，之后进入工作介质702内，将工作介质的电子从基态能级激发到斯塔克啁啾能级上之后入射到透射率为4％的平面镜703上，96％的光脉冲反射到全反射平面镜704之后，入射到全反射平面镜705，反射的光脉冲又回到透射率为4％的平面反射镜701上，泵浦光脉冲Ip向后延迟30％或至70％与斯塔克光脉冲Is同轴重叠20％或至80％入射到介质腔7中的平面反射镜701，之后进入工作介质702内，将基态电子全部激发到斯塔克啁啾能级上，由非线性耦合效应形成相干叠加态，96％的光能在环形腔内循环，并且具有光学双稳态的特性，从介质腔7出射的光脉冲可在光学双稳态的两个态之间切换，起到快速开和关的作用。出射的光脉冲输送到接收装置8上。
在图1所示的装置中，激光光源2用固体激光器作光源，同时输出的波长在1064nm，输出功率0.01W。倍频晶体5是BBO晶体，泵浦光脉冲波长是532nm，脉冲宽度为200ps，脉冲延迟器6控制在两光脉冲有50％的重叠，斯塔克光脉冲超前50％脉宽。工作介质为Li+离子，介质腔为两个透射率为4％的平面镜和两个全反射平面镜组成的环形腔。本装置的开关反应速度在100ps.
Claims (10)
1、一种斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是该装置包括：激光泵浦源(1)、激光光源(2)、半透半反起偏元件(3)、起偏平面反射元件(4)、倍频晶体(5)、脉冲延迟装置(6)、脉冲延迟监测控制器(10)、介质腔(7)和接收装置(8)；
上述各元件部位的位置关系如下：激光光源(2)发射的激光束入射到半透半反起偏元件(3)上，其反射光形成斯塔克光脉冲Is，而透射光入射到起偏平面反射镜(4)上被反射到倍频晶体(5)上，经倍频晶体(5)倍频之后形成泵浦光脉冲Ip，泵浦光脉冲Ip和斯塔克光脉冲Is入射到脉冲延迟器(6)上，由脉冲延迟监测控制器(10)调整，使斯塔克光脉冲I s超前泵浦光脉冲Ip约30％至70％脉宽，同时保证两个脉冲之间有20％至80％的重叠，部分重叠的两个脉冲同时入射到介质腔(7)内，以形成具有光学双稳态的信号光。
2、根据权利要求1所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的激光泵浦源(1)是激光二极管。
3、根据权利要求1所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的激光光源(2)的激光器可为光纤固体激光器，或半导体激光器。
4、根据权利要求1所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的半透半反起偏元件(3)是一镀有偏振膜的平面镜。
5、根据权利要求1所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的起偏平面反射元件(4)是镀偏振膜的平面镜。
6、根据权利要求1所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的倍频晶体(5)可为BBO晶体、或LBO晶体、或KDP晶体、或KTP晶体。
7、根据权利要求1所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的脉冲延迟装置(6)是由光学元件组成的光学系统。
8、根据权利要求1所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的脉冲延迟监测控制器(10)可为脉冲发生器和探测元件。
9、根据权利要求1所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的介质腔是将介质置于环形腔内的光路上构成、或是将介质置于法布利—珀罗标准具中的光路上构成，所述的工件介质是二能级系统的原子、离子、分子、或是半导体材料。
10、根据权利要求1-9任一项所述的斯塔克啁啾光学双稳态快速开关装置，其特征是所述的接收装置可为CCD二极管列阵探测器，或光电二极管，或光电倍增管，或多通道板，或示波器，或计算机。
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