CN1227554C

CN1227554C - 绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置

Info

Publication number: CN1227554C
Application number: CN 03129345
Authority: CN
Inventors: 金石琦; 龚尚庆
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: CN1487329A

Abstract

一种绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，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、多透少反的起偏元件、半透半反起偏元件、偏振全反射倍频晶体、脉冲延迟调节装置、二元光学元件、透镜、工作介质、平面镜、电光调制器和接收装置。

Description

绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置

技术领域：

本发明是一种绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置。主要用来按照可控制方式发生非线性变化进行光束整形的光学系统。

背景技术：

已有技术中阿米特伯.琼石(Amitabb Joshi)等人在“三能级原子系统中控制光学双稳态”[Controlling optical bistability in athree-level atomic system，Physical Review A67，041801(R)(2003)]文中论述了关于在三能级原子系统中控制双稳态的理论和实验，但没有提供一种绝热跟随斯塔克啁啾光束整形的实用装置。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有绝热跟随斯塔克啁啾光束整形功能的装置，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，用二元光学方法和电光调制器实现绝热跟随斯塔克啁啾光束整形。该装置应具有结构简单，容易操作，高效衍射和实现净粒子数反转的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，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、增透起偏元件、半透半反起偏元件、偏振全反射倍频晶体、脉冲延迟调节装置、二元光学元件、透镜、工作介质、平面镜、电光调制器和接收装置。

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。

上述的全反射偏振倍频晶体是在偏硼酸钡(BBO)晶体、或是三硼酸锂(LBO)晶体、或是磷酸二氢钾(KDP)晶体、或是磷酸钛氧钾(KTP)晶体的背面镀全反射偏振膜。

上述的二元光学元件是相位光栅，或是光束分束器件，或是阵列发生器，或相位型菲涅耳波带透镜阵列，或是达曼(Dammann)二值相位光栅，或是软边光栏，波纹光栏。

上述的脉冲延迟调节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。

上述的工作介质是将介质置于环形腔内的光路上构成、或是将介质置于变形的F-P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和三能级系统的原子、离子、分子、或是半导体材料。

上述的平面镜是镀透光4％、反射光为96％的膜的平面镜。

上述的电光调制器是KTP晶体电光调制器。

上述的接收装置为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。

本发明的的优点：

1、使用本发明的绝热跟随斯塔克啁啾光束整形可实现；

2、绝热跟随斯塔克啁啾光束整形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、高的衍射效率；

6、便于利用常规的大规模集成电路技术进行加工；

7、光束分布的均匀性不受入射光强分布的影响；

8、可同时实现光束的时间波形和空间分布的整形；

9、可同时实现信号光的放大和整形。

附图说明：

图1是本发明绝热跟随斯塔克啁啾光束整形最佳实施例结构示意图。

图中：

1、激光泵浦源

2、激光光源

3、增透起偏元件

4、半透半反起偏元件

5、偏振全反射倍频晶体

6、脉冲延迟调节装置

7、二元光学元件

8、透镜

9、工作介质

10、平面镜

11、电光调制器

12、接收装置

具体实施方式

先请参阅图1，图1是本发明绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置最佳实施例的结构示意图，由图可见，本发明绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，包括，最核心的元件为二元光学元件7，电光调制器11，脉冲延迟调节器6置于二元光学元件7之前，置于脉冲延迟调节器6之前是增透起偏元件3、半透半反的起偏元件4和偏振全反射倍频晶体5，置于偏振全反射倍频晶体5之前是半透半反起偏元件4，置于半透半反起偏元件4之前是增透起偏元件3，增透起偏元件3之前有激光光源2和激光泵浦源1，透镜8置于二元光学元件7之后，工作介质9置于透镜8和平面镜10之间，电光调制器11置于平面镜10之后，接收装置12置于平面镜10之后。

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发射的激光入射到增透起偏元件3上，从该增透起偏元件3反射的光作为信号光脉冲Is，增透起偏元件3透射的光入射到半透半反起偏元件4，从半透半反起偏元件4上反射的光作为斯塔克啁啾光脉冲I₂，经半透半反起偏元件4透射的光入射到偏振全反射倍频晶体5上，经偏振全反射倍频晶体5倍频之后产生泵浦光脉冲Ip，信号光脉冲Is、泵浦光脉冲Ip和斯塔克啁啾光脉冲I₂入射到脉冲延迟调节装置6上，由脉冲延迟调节装置6调整信号光脉冲Is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和信号光脉冲同时入射到二元光学元件7上，再经透镜8对光脉冲的空间进行均匀分布整形，经空间分布整形的光进入工作介质9，有条件控制平面镜10让4％的光透射，96％的光反射，斯塔克啁啾光脉冲I₂和泵浦光脉冲Ip使工作介质实现净粒子数反转，信号光Is再次通过已经实现净粒子数反转的工作介质时被放大。被放大的信号光Is经电光调制器11进行脉冲前沿的放大，实现脉冲时间上整形。经时间和空间整形的放大的信号光由接收装置12接收。

所说的增透起偏元件3是镀多透少反偏振膜的平面镜。

所说的半透半反起偏元件4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。

所说的全反射偏振倍频元件5是在BBO(偏硼酸钡)晶体、或是LBO(三硼酸锂)晶体、或是KDP(磷酸二氢钾)晶体、或是KTP(磷酸钛氧钾)晶体的背面镀上全反射偏振膜构成的。

所说的脉冲延迟调节装置6是由一系列反射镜组合而成的，或是光纤构成的，控制斯塔克光脉冲I₂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I2超前泵浦光脉冲Ip30％至70％脉宽。

所说的二元光学元件7是由相位光栅，或是光束分束器件，或是阵列发生器，或相位型菲涅耳波带透镜阵列，或是达曼二值相位光栅，或是软边光栏，波纹光栏。

所说的透镜8是透过多波长的透镜。

所说的平面镜10是透射4％的光，反射96％光的平面镜。

所说的电光调制器11是KTP电光调制器。

所说的接收装置12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。

本发明绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置的工作过程是：

当激光器2发射出激光后经增透起偏元件3后，反射光作为信号光脉冲Is，透射光经半透半反起偏元件4反射的光形成斯塔克啁啾脉冲光I₂，经半透半反起偏元件4透射的光入射到全反射偏振倍频晶体5上，倍频后的光形成泵浦光脉冲Ip，三束光脉冲入射到脉冲延迟调节装置6内，泵浦光脉冲Ip向后延迟30％至70％与斯塔克光脉冲I₂重叠20％至80％，再由脉冲延迟调节装置6调节后出射，斯塔克光脉冲I₂先入射到二元光学元件7上，之后经透镜8，在空间上均匀分布地进入工作介质9内，将工作介质9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10上，96％的光脉冲反射到全反射的二元光学元件7之后，再经透镜8整形回到工作介质9中，泵浦光脉冲Ip向后延迟30％至70％与斯塔克光脉冲I₂重叠20％至80％，入射到工作介质9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％的光强在平面镜10和二元光学元件7镀全反射膜的入射面构成法布利-珀罗标准具的腔内往返，信号光Is被放大的同时也被二元光学元件7和透镜8在空间上进行均匀分布整形，出射信号光再被电光调制器11放大脉冲前沿，在时间上对信号光进行时间整形，已经在时间和空间上整形的信号光输送到接收装置12上。

在图1所示的装置中，激光光源2用固体激光器作光源，输出的波长在1064nm，输出功率0.01W。偏振全反射倍频晶体5是BBO晶体，泵浦光脉冲波长是532nm，脉冲宽度为200ps，脉冲延迟调节器6控制斯塔克啁啾光脉冲和泵浦光脉冲有50％的重叠，斯塔克光脉冲超前50％脉宽。二元光学元件7选用相位光栅，工作介质9为Rb原子，空间整形后在透镜8出射时是均匀分布，电光调制器11选KTP晶体电光调制器，时间整形把脉冲前沿放大60ps。

Claims

1、一种绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，其特征是该装置依光传播方向为序依次包括：激光泵浦源(1)、激光光源(2)、增透起偏元件(3)、半透半反起偏元件(4)、偏振全反射倍频晶体(5)、脉冲延迟调节装置(6)、二元光学元件(7)、透镜(8)、工作介质(9)、镀透光4％反射光为96％的膜的平面镜(10)、磷酸钛氧钾电光调制器(11)和接收装置(12)。

2、根据权利要求1所述的绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，其特征在于所述的激光泵浦源(1)是激光二极管，或其它激光器。

3、根据权利要求1所述的绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，其特征在于所述的激光光源(2)的激光器为光纤固体激光器，或半导体激光器，或其它固态激光器。

4、根据权利要求1所述的绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，其特征在于所述的偏振全反射倍频晶体(5)是在偏硼酸钡晶体、或是三硼酸锂晶体、或是磷酸二氢钾晶体、或是磷酸钛氧钾晶体的背面镀全反射偏振膜。

5、根据权利要求1所述的绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，其特征在于所述的二元光学元件(7)是相位光栅，或是光束分束器件，或是阵列发生器，或相位型菲涅耳波带透镜阵列，或是达曼二值相位光栅，或是软边光栏，波纹光栏。

6、根据权利要求1所述的绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，其特征在于所述的脉冲延迟调节装置(6)是由光学元件组成的光学系统、或是光纤组成的光学系统。

7、根据权利要求1所述的绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，其特征在于所述的工作介质(9)是将介质置于一环形腔内的光路上构成、或是将介质置于变形的F-P法布利——珀罗标准具中的光路上构成，所述的工作介质是具有二能级或三能级系统的原子、离子、分子、或半导体材料。

8、根据权利要求1所述的绝热跟随斯塔克啁啾光束整形装置，其特征在于所述的接收装置(12)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。