超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置.pdf

一种超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特点是该装置最核心的元件是一三维光子晶体，进入该三维光子晶体的信号光路的光学元件依次是信号光源、第一脉冲发生器、光准直元件、起偏元件、第一展宽器和耦合元件；隔离器和分光元件位于所述的三维光子晶体之后，进入所述的三维光子晶体的另一泵浦光路的光学元件沿泵浦光的前进方向依次是泵浦光激光器、第二脉冲发生器、起偏器、第二展宽器和整形器；隔离器之后是分光元件和压缩器，压缩器)之后是信号光接收装置。本发明具有结构简单，容易操作和泵浦效率高的特点。

1、  一种超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特征在于该装置最核心的元件是三维光子晶体(7)，进入该三维光子晶体(7)的信号光路的光学元件依次是信号光源(1)、第一脉冲发生器(2)、光准直元件(3)、起偏元件(4)、第一展宽器(5)和耦合元件(6)；隔离器(8)和分光元件(9)位于所述的三维光子晶体(7)之后，从侧面进入所述的三维光子晶体(7)的泵浦光路的光学元件沿泵浦光的前进方向依次是泵浦光激光器(16)、第二脉冲发生器(15)、起偏器(14)、第二展宽器(13)和整形器(12)；隔离器(8)之后是分光元件(9)和压缩器(10)，压缩器(10)之后是信号光接收装置(11)。

2、  根据权利要求1所述的超短啁啾脉冲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(16)是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所述的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的所说的第一脉冲发生器(2)和第二脉冲发生器(15)是电光调制的脉冲发生器。

4、  根据权利要求1所述的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的起偏元件(4)和起偏器(14)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所述的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的光准直元件(3)是由半凸球面透镜构成的。

6、  根据权利要求1所述的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的第一展宽器(5)和第二展宽器(13)的结构相同，主要包括闪耀光栅(501)、凸面反射镜(502)和凹面反射镜(503)构成，其光路是输入光经闪耀光栅(501)反射、凹面反射镜(503)反射、凸面反射镜(502)反射、再经凹面反射镜(503)反射而输出。

7、  根据权利要求1所述的超短啁啾脉冲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(7)是在三维光子晶体衬底(701)上布设若干三维光子晶体点(702)构成的。

8、  根据权利要求7所述的超短啁啾脉冲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点(702)是由玻璃内掺杂，或是石英掺杂材料组成，三维光子晶体点(702)的折射率大于三维光子晶体衬底(701)，掺杂的元素是镱、铒稀有元素，所述的三维光子晶体点(702)呈球体形、立方体形、长方体形、菱体形、多面体形或曲线体形；三维光子晶体点(702)之间的排列呈菱形、方形、矩形或多边形。

9、  根据权利要求1所述的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的分光元件(9)是平面透射光栅，或是透射闪耀光栅，或是透射凹面光栅。

10、  根据权利要求1所述的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特征在于所述的接收装置(11)是CCD二极管列阵探测器、光电二极管、光电倍增管、多通道板、示波器、或计算机。

超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置
技术领域
本发明是一种超短啁啾脉冲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超短啁啾脉冲波长信号光。
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 of Third-harmonic Generation inThree-Dimensional photonic crystals)[Physical Review LettersVol.92，No.8(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，为提供一种放大超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置奠定了理论基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，利用信号光经脉冲发生器产生脉冲可调制信号光，将其展宽后在三维光子晶体中传播的非线性效应进行行波放大，再对展宽放大的脉冲进行压缩，实现超短啁啾脉冲信号光的放大。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：
一种超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，其特点是该装置最核心的元件是一三维光子晶体，进入该三维光子晶体的信号光路的光学元件依次是信号光源、第一脉冲发生器、光准直元件、起偏元件、第一展宽器和耦合元件；隔离器和分光元件位于所述的三维光子晶体之后，进入所述的三维光子晶体的另一泵浦光路的光学元件沿泵浦光的前进方向依次是泵浦光激光器、第二脉冲发生器、起偏器、第二展宽器和整形器；隔离器之后是分光元件和压缩器，压缩器)之后是信号光接收装置。
所述的信号光源和泵浦光源是激光器为光纤固体激光器，或半导体激光器。
所述的所说的第一脉冲发生器和第二脉冲发生器是电光调制的脉冲发生器。
所述的起偏元件和起偏器为尼克耳棱镜，或偏振片，或渥拉斯顿棱镜。
所述的光准直元件是由半凸球面透镜构成的。
所述的第一展宽器和第二展宽器的结构相同，主要由闪耀光栅、凸面反射镜和凹面反射镜构成，其光路是输入光经闪耀光栅反射、凹面反射镜反射、凸面反射镜反射、再经凹面反射镜反射而输出。
所述的耦合元件是微光学透镜构成的。
所述的三维光子晶体是在三维光子晶体衬底上布设若干三维光子晶体点构成的。
所述的三维光子晶体点是由玻璃内掺杂，或是石英掺杂材料组成，三维光子晶体点的折射率大于三维光子晶体衬底，掺杂的元素是镱、铒稀有元素，所述的三维光子晶体点呈球体形、立方体形、长方体形、菱体形、多面体形或曲线体形；三维光子晶体点之间的排列呈菱形、方形、矩形或多边形。
上述的隔离器是磁光隔离器。
上述的分光元件为平面透射光栅，或透射闪耀光栅，或透射凹面光栅。
上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。
本发明的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置的优点：
1、使用本发明的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置可实现超短脉冲啁啾波长信号光的放大；
2、泵浦的效率高.
附图说明
图1是本发明超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置最佳实施例结构示意图。
图2是图1中展宽器5的结构示意图。
图3是图1中A_A剖面结构示意图。
图4是图1中B_B剖面结构示意图。
图5是图1中压缩器10的结构示意图。
图6是图1中第二展宽器13的结构示意图。
图中：1-信号光源  2-第一脉冲发生器  3-光准直元件4-起偏元件  5-第-展宽器  501-闪耀光栅  502-凸面反射镜503-凹面反射镜  6-耦合元件  7-三维光子晶体  701-三维光子晶体衬底  702-三维光子晶体点  8-隔离器  9-分光元件  10-压缩器  1001-凹面闪耀光栅  1002-凹面反射镜11-接收装置  12-整形器  13-第二展宽器  1301-闪耀光栅1302-凸面反射镜  303、凹面反射镜  14-起偏器  15-第二脉冲发生器  16-泵浦光激光器
具体实施方式：
先请参阅图1，图1是本发明超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置最佳实施例的结构示意图，由图可见，本发明超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置，包括，最核心的元件为三维光子晶体7，隔离器8和分光元件9位于三维光子晶体7之后，耦合元件6和展宽器5及起偏元件4置于三维晶体光子7之前，准直光元件3置于起偏元件4之前，置于准直光元件3的入射面之前是脉冲发生器2和信号光源1，置于三维光子晶体7的侧面另一路光学元件是整形器12，展宽器13位于整形器12之前，起偏器14位于展宽器13之前，起偏器14之前是脉冲发生器15和泵浦光激光器16，隔离器8之后是分光元件9和压缩器10，压缩器10之后是被放大的信号光接收装置11。
所说的信号光源1是激光器可为光纤固体激光器，或半导体激光器，泵浦光激光器16是激光二极管，信号光源1发射的光入射到脉冲发生器2上产生脉冲信号光射入准直光元件3，经准直光元件3出射的脉冲信号光被起偏元件4起偏变成线偏振光，该线偏振光入射到展宽器5而被展宽，展宽后的脉冲信号光入射到耦合元件6上，经耦合元件6耦合后的光射入三维光子晶体7内，泵浦光由激光器16出射经脉冲脉冲发生器15产生脉冲泵浦光后进入起偏器14起偏成线偏振光，再经展宽器13展宽后进入整形器12整成所需要的光斑形状后从侧面入射到三维光子晶体7内，泵浦光与信号光在三维光子晶体内耦合被放大之后经隔离器8射入分光元件9，分光元件9将闲置光分离出去后把被放大的信号光送进压缩器10内，压缩器10将信号光压缩成超短脉冲光后入射到信号光的接收装置11上。
所说的构成信号光源1和泵浦光源16是光纤固体激光器，或半导体激光器。
所说的第一脉冲发生器2和第二脉冲发生器15是电光调制的脉冲发生器。
所说的起偏元件4和起偏器14为尼克耳棱镜，或偏振片，或渥拉斯顿棱镜。
所说的准直光元件3是由半凸球面透镜构成的。
所说的展宽器5主要包括闪耀光栅501，凸面反射镜502和凹面反射镜503，如图2所示。
所说的耦合元件6是由微光学透镜构成的。
所说的三维光子晶体7是由玻璃，或是由石英构成的，三维光子晶体横截面如图3和4所示，三维光子晶体衬底701上是三维光子晶体点702，三维光子晶体点702呈球体形，立方体形，长方体形，菱体形，多面体形和曲线体形；702之间的排列呈菱形，方形，矩形和多边形。三维光子晶体点702是由玻璃内掺杂，或是石英掺杂材料组成，三维光子晶体点702多的折射率大于三维光子晶体衬底701，掺杂地元素是镱、铒等稀有元素。
所说的分光元件9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。
所说的压缩器10主要包括凹面闪耀光栅1001，凹面反射镜1002，如图5所示。
所说的接收装置11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12是由光阑、透镜构成的。
所说的泵浦光路上的第二展宽器13主要包括闪耀光栅1301，凸面反射镜1302和凹面反射镜1303，如图6所示。
本发明的超短啁啾脉冲光子晶体光学参量放大装置工作过程是：当信号光经脉冲发生器2产生脉冲信号光后经准直光元件3调整成平行光后进入起偏元件4变成平行偏振光，该平行偏振光由第一展宽器5将脉冲展宽，展宽的脉冲存在色散形成啁啾脉冲，展宽了的啁啾脉冲被耦合元件6耦合到三维光子晶体7内，另一路泵浦光由泵浦光激光器发出的光经第二脉冲发生器15产生脉冲泵浦光直入起偏器14后变成线偏振光再经第二展宽器13展宽，泵浦光脉冲展宽的脉宽要大于信号脉冲光的脉宽，在三维光子晶体7内，泵浦光经整形器12整成所需的光斑形状，从三维光子晶体7的侧面进入三维光子晶体7内，泵浦光脉冲要全部包络信号光脉冲，信号光Is与泵浦光Ip在三维光子晶体7内相遇时，由于非线性耦合效应，使信号光Is被放大，由三维光子晶体7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，两种光经隔离器8和分光元件9之后各波长被分开，隔离器8防止前进的光在遇到光学元件表面时反射回来的光打坏三维光子晶体7，被放大的信号光经压缩器10色散得到补偿，将脉冲信号光压缩成超短的啁啾脉冲，放大后被压缩的信号光输送到接收装置11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，虚能级的大小是由泵浦光的能量决定的，然后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，则此信号光可被该三维光子晶体放大。
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10645nm，输出能量2.7μJ。三维光子晶体点702呈球体形，三维光子晶体衬底是石英，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600倍以上，脉宽为2.1×10^-15秒。
经实验表明，本发明装置具有结构简单，容易操作和泵浦效率高的特点。