專利名稱：弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置。主要用來放大弱光學(xué)信號(hào)的光強(qiáng)。
已有技術(shù)中英國I.N.羅斯(I.N.Ross)等人在“光學(xué)參量啁啾脈沖放大原理和可行性”(Principles and possibilities for optical parameteric chirped pulse amplifies)一文中論述了關(guān)于光學(xué)參量的放大過程和理論，但沒有提供一種放大倍率較高的實(shí)用的裝置。
本實(shí)用新型的目的是提供一種將弱的激光信號(hào)光的光強(qiáng)能夠放大的弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置。而使用本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單，容易操作的放大裝置將能獲得所期望的放大光強(qiáng)的信號(hào)光。
本實(shí)用新型的弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置，如圖1所示，包括，最核心的元件為放大元件4，置于放大元件4的入射面r之前有信號(hào)光源1和泵浦光源2，信號(hào)光源1和泵浦光源2連接有同一個(gè)同步控制器3。置于放大元件4的出射面c之后有第一探測(cè)器5和第二探測(cè)器6，第一探測(cè)器5和第二探測(cè)器6的輸出同時(shí)連接到數(shù)據(jù)處理顯示器7上。
所說的信號(hào)光源1和泵浦光源2同是以激光器構(gòu)成的。泵浦光源2發(fā)射的泵浦光Gp的波長λp小于信號(hào)光源1發(fā)射的信號(hào)光Gs的波長λs，即λp＜λs。而泵浦光Gp的光強(qiáng)Ip必須大于信號(hào)光Gs的光強(qiáng)Is，即Ip＞Is。
泵浦光Gp和信號(hào)光Gs由同步控制器3控制，必須同時(shí)進(jìn)入到放大元件4內(nèi)。信號(hào)光Gs的光軸O1O1垂直于放大元件4的入射面r，而泵浦光Gp的光軸O2O2與信號(hào)光Gs的光軸O1O1之間有不等于0的夾角α，即α≠0。
所說的放大元件4是由非線性晶體構(gòu)成的。非線性晶體是雙軸晶體，如是磷酸鈦氧鉀晶體(KTP)，或是三硼酸鋰晶體(LBO)；或者是負(fù)單軸晶體，如是磷酸氘鉀晶體(KDP)，或是磷酸二氫銨晶體(ADP)，或是鈮酸鋰晶體(LiNO3)，或是β-偏硼酸鋇晶體(BBO)等；或者是正單軸晶體，如是鎘鍺砷晶體(CdGeAs2)等。
本實(shí)用新型的放大裝置中，要求入射到放大元件4內(nèi)的信號(hào)光Gs的傳播方向與構(gòu)成放大元件4的晶體光軸方向之間的相位匹配角θ≠0。
所說的構(gòu)成信號(hào)光源1和泵浦光源2的激光器是固體激光器，或者是氣體激光器，或者是液體激光器。
所說的第一探測(cè)器5和第二探測(cè)器6都是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。
所說的數(shù)據(jù)處理顯示器7是示波器，或者是計(jì)算機(jī)，或者是使用裝置。所說的同步控制器3由延遲器構(gòu)成的。
本實(shí)用新型的放大裝置的工作過程是當(dāng)由同步控制器3控制的信號(hào)光源1和泵浦光源2發(fā)射的兩束光信號(hào)光Gs和泵浦光Gp同時(shí)入射到放大元件4內(nèi)，由于構(gòu)成放大元件4的非線性晶體的耦合效應(yīng)，使信號(hào)光Gs放大，由放大元件4輸出的兩束光，一束光是被放大的信號(hào)光Gs′，另一束光稱為空閑光Gi。
信號(hào)光Gs在放大元件4內(nèi)的放大增益為G=1+(γL)2(sinhBB)2----(1)]]>其中B=(γL)2-(ΔkL/2)2]]>L是作為放大元件4的晶體放大長度，Δk是相位失諧量。其中放大系數(shù)γ為γ=4πdeffIp/2ϵ0npnsnicλsλi----(2)]]>(2)式中deff作為放大元件4的晶體有效非線性系數(shù)，Ip為泵浦光Gp強(qiáng)度，ε0為真空介電常數(shù)，np為泵浦光Gp折射率，ns為信號(hào)光Gs折射率，ni為空閑光Gi折射率，c為光速，λs為信號(hào)光Gs波長，λi為空閑光Gi波長。
光在作為放大元件4的晶體中傳播時(shí)，與光軸形成不同的方向傳播時(shí)有不同的折射率，相位匹配角與折射率物理量的關(guān)系如下tgα=12np2-ns2(ns2sin2θ+np2cos2θ)sin2θ-----(3)]]>式中，α為信號(hào)光Gs光軸O1O1與泵浦光Gp光軸O2O2之間的夾角，θ為光束在晶體中傳播方向與晶體光軸的相位匹配角。
由上述的結(jié)構(gòu)及(1)、(2)、(3)式可以看出本實(shí)用新型的放大裝置的結(jié)構(gòu)是既簡單又合理。
本實(shí)用新型的弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置的優(yōu)點(diǎn)1.使用本實(shí)用新型的放大裝置能夠?qū)崿F(xiàn)弱信號(hào)光Gs的光強(qiáng)放大。而且放大倍率超過1千倍。
2.在放大元件4的晶體外部調(diào)整信號(hào)光Gs與泵浦光Gp兩光軸O1O1與O2O2之間的夾角α容易操作，而且整個(gè)放大裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
3.放大元件4(非線性晶體)適用的種類較多，如上所述的BBO，KDP，LBO，KTP等晶體。
4.適用于較寬波帶弱信號(hào)光Gs的放大，也就是說信號(hào)光源1的適用范圍廣。
5.可選用構(gòu)成信號(hào)光源1和泵浦光源2的激光器的種類多，如固體激光器、液體激光器、氣體激光器等。


圖1是本實(shí)用新型的弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置的示意圖。
實(shí)施例如圖1所示的裝置，信號(hào)光源1是用氬(Ar)離子氣體激光器泵浦固體的鈦寶石激光器輸出波長λs＝800nm～1.16μm的信號(hào)光Gs。泵浦光Gp是釔鋁石榴石(YAG)固體激光器經(jīng)倍頻輸出波長λp＝532nm，同步控制器3用兩個(gè)脈沖延時(shí)器構(gòu)成調(diào)整信號(hào)光Gs與泵浦光Gp同步，泵浦光Gp光強(qiáng)Ip＝380MW/cm2，放大元件4是負(fù)單軸KDP非線性晶體(長度L＝13mm)，信號(hào)光Gs波長λs＝1.06μm，信號(hào)光Gs與泵浦光Gp的兩光軸O1O1與O2O2的夾角α＝0.0034rad，θ＝37°，信號(hào)光Gs能量Es＝200pJ，到達(dá)放大元件4的非線性晶體的光斑直徑為1mm，脈寬200ps，放大系數(shù)γ＝3.297×102，增益G＝1.32×103，放大信號(hào)光Cs′的能量Es*＝264nJ。顯然被放大的信號(hào)光Gs′是原來信號(hào)光Gs的1千倍以上。
權(quán)利要求1.一種弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置，包括<1>在放大元件(4)的入射面(r)之前置有兩者同時(shí)連接到同一同步控制器(3)上的信號(hào)光源(1)和泵浦光源(2)，在放大元件(4)的出射面(c)之后置有兩者同時(shí)連接到數(shù)據(jù)處理顯示器(7)上的第一探測(cè)器(5)和第二探測(cè)器(6)，其特征在于<2>置于放大元件(4)入射面(r)之前的信號(hào)光源(1)和泵浦光源(2)同是以激光器構(gòu)成的，泵浦光源(2)發(fā)射的泵浦光(Gp)的波長λp小于信號(hào)光源(1)發(fā)射的信號(hào)光(Gs)的波長λs，即λp＜λs，而且泵浦光(Gp)的光強(qiáng)Ip大于信號(hào)光(Gs)的光強(qiáng)Is，即Ip＞Is；<3>與泵浦光Gp同時(shí)入射到放大元件(4)內(nèi)的信號(hào)光Gs的光軸O1O1垂直于放大元件(4)的入射面(r)，泵浦光(Gp)的光軸(O2O2)與信號(hào)光(Gs)的光軸(O1O1)之間有夾角α≠0；<4>放大元件(4)是由非線性晶體構(gòu)成的，入射到放大元件(4)內(nèi)的信號(hào)光(Gs)的傳播方向與構(gòu)成放大元件(4)的晶體光軸方向之間有相位匹配角θ≠0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置，其特征在于所說的構(gòu)成放大元件(4)的非線性晶體是雙軸晶體，如是磷酸鈦氧鉀晶體，或是三硼酸鋰晶體；或者是負(fù)單軸晶體，如是磷酸氘鉀晶體，或是磷酸二氫銨晶體；或是β-偏硼酸鋇晶體；或者是正單軸晶體，如鎘鍺砷晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置，其特征在于所說的構(gòu)成信號(hào)光源(1)和泵浦光源(2)的激光器是固體激光器，或者是氣體激光器，或者是液體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置，其特征在于所說的第一探測(cè)器(5)和第二探測(cè)器(6)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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置，其特征在于所說的數(shù)據(jù)處理顯示器(7)是示波器，或者是計(jì)算機(jī)，或者是使用裝置。
專利摘要一種弱光信號(hào)的光強(qiáng)放大裝置,包括由非線性晶體構(gòu)成的放大元件。由激光器作為信號(hào)光源和泵浦光源帶有同一同步控制器。泵浦光的光強(qiáng)I
文檔編號(hào)G02F1/39GK2397514SQ9925192
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期1999年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月2日
發(fā)明者金石琦, 徐至展, 楊曉東, 冷雨欣, 彭家暉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所