CN1603932A - 紫外光子晶体光学参量放大装置 - Google Patents
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Abstract
一种紫外光子晶体光学参量放大装置，其特点是该装置以三维光子晶体为核心，依信号光传播方向为序依次是：信号光源、准直元件、第一起偏器、耦合元件、三维光子晶体，另一泵浦光路由泵浦光源经第二起偏器和整形器后从三维光子晶体的侧面射入该三维光子晶体内，光栅置于该三维光子晶体之后、其后是反射元件和接收装置。
Description
技术领域
本发明是一种紫外光子晶体光学参量放大装置。主要按照可控制方式发生非线性变化的光学系统来放大短波长信号光。
背景技术
已有技术中美国普林泽麦斯劳.彼.马克维兹(Przemyslaw.P.Markowicz)等人在“三维光子晶体中强势增加产生三次谐波”(Dramatic Enhancement ofThird-harmonic Generation in Three-Dimensional photonic crystals)[Physical ReviewLetters Vol.92，No.8，083903(2004)]一文中论述了关于光在三维光子晶体中产生三次谐波的理论和特性研究，由三维光子晶体产生的带隙，调节相位匹配可产生三次谐波，具有很强的非线性光学效应，为提供一种放大紫外短波长光学参量放大实用装置奠定了理论基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种紫外短波长光学参量光子晶体放大装置，利用信号光在光子晶体中传播的非线性效应进行行波放大。该装置应具有结构简单，容易操作和泵浦效率高的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种紫外光子晶体光学参量放大装置，其特点是该装置以三维光子晶体为核心，以信号光传播方向为序依次是：信号光源、准直元件、第一起偏器、耦合元件、三维光子晶体；另一泵浦光由泵浦光源经第二起偏器和整形器后从三维光子晶体的侧面射入该三维光子晶体内；光栅置于该三维光子晶体之后、再后是反射元件和接收装置。
所述的信号光源和泵浦光源由激光器输出，该激光器为光纤固体激光器，或半导体激光器。
所述的准直元件是一平凸透镜。
所述的第一起偏器和第二起偏器为尼克耳棱镜，或偏振片，或渥拉斯顿棱镜。
所述的耦合元件是由微光学透镜构成的。
所述的三维光子晶体为玻璃三维光子晶体，或石英三维光子晶体。
所述的光栅为平面透射光栅，或透射闪耀光栅，或透射凹面光栅。
所述的反射元件为平面反射镜，或凹面反射镜。
所述的接收装置是光信号接收装置，为CCD二极管列阵探测器，或光电二极管，或光电倍增管，可多通道板，或示波器，或计算机。
所述的整形器为光阑，或透镜。
本发明的紫外光子晶体光学参量放大装置的优点：
1、使用本发明的紫外光子晶体光学参量放大装置可实现三次谐波短波长信号光的放大；
2、可用于激光光源和工程光学参量的高功率放大装置。
附图说明
图1是本发明紫外光子晶体光学参量放大装置最佳实施例结构示意图。
图2是本发明紫外光子晶体光学参量放大装置三维光子晶体A_A剖面结构示意图。
图3是本发明紫外光子晶体光学参量放大装置三维光子晶体B_B剖面结构示意图。
图4是本发明紫外光子晶体光学参量放大装置的信号光增益与泵浦光光强的关系图。
图中：
1、 信号光源
2、 准直元件
3、 第一起偏器
4、 耦合元件
5、 三维光子晶体
6、 光栅
7、 反射元件
8、 接收装置
9、 整形器
10、 第二起偏器
11、 泵浦光源
501、三维光子晶体衬底
502、三维光子晶体点
具体实施方式
先请参阅图1，图1是本发明紫外光子晶体光学参量放大装置最佳结构实施例的结构示意图，由图可见，本发明紫外光子晶体光学参量放大装置最核心的元件为三维光子晶体5，光栅6和反射元件7位于三维光子晶体5之后，耦合元件4和第一起偏器3置于三维晶体光子5之前，准直元件2置于第一起偏器3之前，置于准直元件2的入射面之前有信号光源1，置于三维光子晶体5的侧面另一泵浦光学路的元件依次是泵浦光源11、第二起偏器10和整形器9，反射元件7之后是被放大的信号光接收装置8。
所说的信号光源1是光纤固体激光器，或半导体激光器，泵浦光源11由激光器产生，该激光器是激光二极管，信号光源1发射的光入射到准直元件2，经准直元件2出射的信号光被起偏元件3起偏变成线偏振光，线偏振光入射到耦合元件4上，经耦合元件4耦合后的光射入三维光子晶体5内，泵浦光由泵浦光源11出射经第二起偏器10起偏成偏振光，经整形器9整成圆形光斑形状后从侧面入射到三维光子晶体5内，泵浦光与信号光在三维光子晶体内耦合被放大之后，由光栅6分光后经反射元件7入射到信号光的接收装置8上。
所说的第一起偏器3和第二起偏器10为尼克耳棱镜，或偏振片，或渥拉斯顿棱镜。
所说的构成信号光源1和泵浦光光源11是光纤固体激光器，或半导体激光器。
所说的准直元件2是由平凸透镜构成的。
所说的耦合元件4是由微光学透镜构成的。
所说的三维光子晶体5是由玻璃，或是由石英构成的，三维光子晶体横截面如图2和3示，三维光子晶体衬底501上是三维光子晶体点502，三维光子晶体点502呈球体形，立方体形，长方体形，菱体形，多面体形和曲线体形；502之间的排列呈菱形，方形，矩形和多边形。三维光子晶体点502是由玻璃内掺杂，或是石英掺杂材料组成，三维光子晶体点502的折射率大于三维光子晶体衬底501，掺杂的元素是镱、铒等稀有元素。
所说的光栅6是平面透射光栅，或是透射闪耀光栅，或是透射凹面光栅构成的。
所说的反射元件7是由平面反射镜构成的，或是由凹面反射镜构成的。
所说的接收装置8是CCD二极管列阵探测器，或者是光电二极管，或者是光电倍增管，或者是多通道板，或是示波器，或者是计算机。
所说的整形器9是由光阑、透镜构成的。
本发明的紫外光子晶体光学参量放大装置工作过程是：当信号光经准直光元件2调整成平行光后进入起偏器3变成平行偏振光，平行偏振光由耦合元件4耦合到三维光子晶体5内，另一路泵浦光由泵浦光源11发出的光经第二起偏器10后变成线偏振光，再经整形器9整成圆形光斑，从三维光子晶体5的侧面进入三维光子晶体5内，信号光Is与泵浦光Ip在三维光子晶体5内相遇，由于非线性耦合效应，使信号光Is被放大，由三维光子晶体5放大输出两种光，一种是被放大的信号光Gs，另一种光称为空闲光Gi，两种光经光栅6之后各波长被分开，由反射元件7改变其传播方向，放大后的信号光输送到接收装置8上。
信号光和泵浦光的耦合放大是利用三维光子晶体中的一种非线性现象，它将一小部分入射光功率转移到频率比其低的斯托克斯波上；其工作原理是基于三维光子晶体的受激拉曼散射(SRS)效应。三维光子晶体中的SRS源于三维光子晶体的三阶非线性效应，表现为泵浦光子、斯托克斯(Stokes)光子与光学支声子之间的相互作用：泵浦光子被介质分子吸收，电子从基态跃迁到虚能级，然后，该处于虚能级的电子在信号光的感应下回到振动态的高能级，产生一个与信号光相同频率、相同相位、相同方向的光子，称为斯托克斯(Stokes)光子。如果一个信号光与一个强泵浦光波同时在三维光子晶体内，并且信号光波长位于泵浦光波的拉曼增益谱带宽之内，则此信号光可被放大。
在图1所示的装置中，信号光源1是用固体激光器作光源，输出波长是1064nm，输出能量37.5mJ。三维光子晶体点502呈球体形，三维光子晶体衬底是玻璃，三维光子晶体纵向长度为1.15cm，掺杂为铒，信号光为其三倍频354nm。实验表明波长为354nm的信号光被放大万倍以上，如图4所示。
Claims (10)
1、一种紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于该装置以三维光子晶体(5)为核心，依信号光传播方向为序依次时：信号光源(1)、准直元件(2)、第一起偏器(3)、耦合元件(4)、三维光子晶体(5)；另一泵浦光由泵浦光源(11)经第二起偏器(10)和整形器(9)后从三维光子晶体(5)的侧面射入该三维光子晶体(5)内；光栅(6)置于该三维光子晶体(5)之后、其后是反射元件(7)和接收装置(8)。
2、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的信号光源(1)和泵浦光源(11)由激光器输出，该激光器为光纤固体激光器，或半导体激光器。
3、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的准直元件是一平凸透镜。
4、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的第一起偏器(3)和第二起偏器(10)为尼克耳棱镜，或偏振片，或渥拉斯顿棱镜。
5、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的耦合元件(4)是由微光学透镜构成的。
6、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的三维光子晶体(5)为玻璃三维光子晶体，或石英三维光子晶体。
7、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的光栅(6)为平面透射光栅，或透射闪耀光栅，或透射凹面光栅。
8、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的反射元件(7)为平面反射镜，或凹面反射镜。
9、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的接收装置(8)为CCD二极管列阵探测器，或光电二极管，或光电倍增管，可多通道板，或示波器，或计算机。
10、根据权利要求1所述的紫外光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的整形器(9)为光阑，或透镜。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110197990A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-03 | 华中科技大学 | 一种光学三倍频增强器 |
| CN113805022A (zh) * | 2021-10-14 | 2021-12-17 | 山东达驰高压开关有限公司 | 基于光电联合技术对组合电器绝缘性能检测方法和设备 |
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2004
- 2004-11-17 CN CN 200410084272 patent/CN1603932A/zh active Pending
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