专利名称：弱光脉冲强度的温控放大装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种弱光脉冲强度的温控放大装置。主要用来放大弱光信号的光强并保持放大信号稳定。
在先技术中金石琦等发明人在专利申请CN1258016A中提供了一种光学参量放大装置，包括最核心的元件为放大元件，置于放大元件的入射面之前有信号光源和泵浦光源，信号光源和泵浦光源连接有同一个同步控制器。置于放大元件的出射面之后有第一探测器和第二探测器，第一探测器和第二探测器的输出同时连接到数据处理显示器上。
信号光源1和泵浦光源2同是以激光器构成的。泵浦光源2发射的泵浦光Gp的波长λp小于信号光源发射的信号光Gs的波长λs，即λp＜λs。而泵浦光Gp的光强Ip必须大于信号光Gs的光强Is，即Ip＞Is。
泵浦光Gp和信号光Gs由同步控制器控制，必须同时进入到放大元件内。
上述结构的放大装置中由于构成放大元件的非线性晶体的耦合效应，使(弱光)信号光束Gs得到放大。此放大装置虽然简单而且放大倍率高，但放大信号不稳定，使用起来较困难。
本实用新型的目的是提供一种既能将弱的脉冲激光信号的光强放大又能稳定放大信号光并光脉冲宽度是经过展宽的弱光脉冲强度的温控放大装置。结构将既简单，又容易操作。
本实用新型的放大装置，如图1所示，包括，最核心的元件是放大元件4，放大元件4是置于温控器9中的致冷腔901内。信号光源1和泵浦光源2由同一个同步控制器3控制。信号光源1与放大元件4之间的光路上置有展宽器8。信号光源1后经过展宽器8发射的光脉冲Gs与泵浦光源2的光脉冲Gp两者以光轴O1O1与O2O2之间的夹角α≠0同时通过温控器9的入射窗口9010进入到放大元件4的入射面γ上。置于放大元件4的出射面C和温控器9中致冷腔901的出射窗口907之后有第一探测器5和第二探测器6，第一探测器5和第二探测器6的输出同时连接到数据处理显示器7上。
所说的温控器9含有带入射窗口9010和出射窗口907的致冷腔901。致冷腔901的腔壁909内分布有冷却液的流液通道908，流液通道908有通到腔壁909外的进液口904和出液口905。进液口904上带有进液开关903，进液开关903与带有伸进致冷腔901内的测温器906的温控开关902相连，如图1、图2所示。
所说的致冷腔901内的温度变化是通过测温器906随时测得的温度后通到温控开关902上，由温控开关902控制进液开关903的开与关。也就是说，当测温器906测到致冷腔901内的温度升高时，温控开关902立刻将进液开关903打开，冷却液经分布在腔壁909内的流液通道908，将致冷腔901内的热量带走，开始致冷。当温度降到所要求的温度时，则温控开关902又将进液开关903关闭，停止制冷。致冷腔901内始终处于恒温状态。所以使置于致冷腔901内的放大元件4始终保持在恒温状态下。即使当泵浦光束Gp和信号光束Gs同时通过致冷腔(901)的入射窗口(9010)射入放大元件4内使放大元件4温度升高，其热量将会随时被致冷腔901腔壁909内液流通道908里的冷却液带走，从而使放大元件4始终保持在恒温下，则温度变化ΔT=0。上述致冷腔901中的腔壁909内还可以置有半导体列阵元件为半导体致冷。
所说的致冷腔901的入射窗口9010和出射窗口907是能够同时透过信号光束Gs和泵浦光束Gp的镀有增透膜的平面透镜，或者是气动窗口。
所说的展宽器8主要包括闪耀光栅801，凸面反射镜802和凹面反射镜803，如图3所示。
所说的放大元件4也是由非线性晶体构成的。非线性晶体是双轴晶体，如是磷酸钛氧钾晶体(KTP)，或是三硼酸锂晶体(LBO)；或者是负单轴晶体，如是磷酸氘钾晶体(KDP)，或是磷酸二氢铵晶体(ADP)，或是铌酸锂晶体(LiNO3)，或是β一偏硼酸钡晶体(BBO)等；或者是正单轴晶体，如是镉锗砷晶体(CdGeAs2)等。
构成信号光源1和泵浦光源2的激光器是固体激光器，或者是气体激光器，或者是液体激光器。
第一探测器5和第二探测器6都是CCD二极管阵列探测器，或者是光电二极管，或是光电倍增管。
数据处理显示器7是示波器，或者是计算机，或者是使用装置。同步控制器3由延时器构成。
本实用新型的放大装置信号光束Gs的放大过程是已知的当由同步控制器3控制的信号光源1发射的信号光束Gs经展宽器8展宽后和泵浦光源2发射的泵浦光束Gp同时透过入射窗口9010入射到置于温控器9中致冷腔901里的放大元件4内，由于构成放大元件4的非线性晶体的耦合效应，使信号光束Gs放大，由放大元件4输出的两束光，一束光是被放大的信号光Gs，另一束光称为空闲光Gi。信号光Gs在放大元件4内的放大增益为G=1+(yL)2(sinh(B)B)2………(1)]]>L是作为放大元件4的晶体长度。其中B=(yL)2-(ΔkL/2)2………(2)]]>其中放大系数γ为y=4πdeffIp/2ϵonpnsnicλsλi………(3)]]>(2)式中Δk是相位失谐量，(3)式中deff是作为放大元件4的晶体的有效非线性系数，Ip为泵浦光束Gp强度，ε0为真空介电常数，np为泵浦光束Gp的折射率，ns为信号光束Gs折射率，ni为空闲光Gi折射率，c为光速，λs为信号光束Gs波长，λi为空闲光Gi波长。
光在作为放大元件4的晶体中传播时，折射率将随温度的变化而改变，由于温度变化的结果导致信号光束Gs的频率产生漂移 式中Δω为信号光束Gs的变化圆频率，ΔT为放大元件4的温度变化数值，ωp为泵浦光束Gp的频率，T为放大元件4的温度，ωs为信号光束Gs的频率。
由上述的(4)式可以看出温度的变化对信号光束Gs的频率变化Δω的影响是很明显的，所以，若不采取措施使放大元件4的温度保持不变，则经放大元件4输出的信号光束Gs显然是不稳定的。因此本实用新型的放大元件4置于温控器9中致冷腔901内，当放大元件4的温度变化时，由致冷腔901内的测温器906随时测量出给温控开关902，由温控开关902控制进液开关903的开与关，使放大元件4始终处于致冷腔901内的恒温状态下，即温度变化ΔT=0，由(4)式可知Δω=0。所以，经过本实用新型的放大元件4输出的放大后的信号光束Gs是稳定的。
本实用新型的弱光脉冲强度的温控放大装置的优点本实用新型的优点在于本实用新型的放大装置的放大元件4是置于温控器9中致冷腔901内，使放大元件4始终处于最佳工作状态的恒温下，即ΔT=0。所以不仅保证经过放大元件4放大后的信号光束Gs′的频率保持不变，即Δω=0，而且使其放大倍率也比在先技术的放大倍率103高出二十几个数量级达到1028倍。而且本实用新型在信号光源1与放大元件4之间的光路上置有展宽器8，使得信号光源1发射的信号光束Gs的脉冲宽度得到展宽，所以经过放大元件4放大后的信号光束Gs′已是脉冲宽度被展宽后的，这对后级应用特别是对啁啾放大要求宽脉冲宽度是相当有利的。
图1是本实用新型的弱光脉冲强度的温控放大装置的结构示意图。
图2是图1中本实用新型放大装置中温控器9的A--A剖视图。
图3是图2中本实用新型的弱光脉冲强度的温控放大装置中展宽器8的结构示意图。
图4是实施例在本实用新型的光脉冲参量放大装置中，当放大元件4是双轴晶体LBO，两束光Gs、Gp入射到放大元件4入射面γ时，信号光束Gs经放大元件4的增益与波数范围关系的曲线图。
实施例如图1、图2、图3所示的装置，信号光源1是用氩(Ar)离子气体激光器泵浦固体钛宝石激光器输出波长λs=1.064μm的信号光束Gs。泵浦光源2是钇铝石榴石(YAG)固体激光器经倍频输出波长λp=532nm的泵浦光束Gp，同步控制器3用两个脉冲延时器构成。信号光源1发射的经过展宽器8展宽后的信号光束Gs与泵浦光束Gp同步射入放大元件4中，泵浦光束Gp光强Ip=3GMW/cm2，放大元件4是双轴LBO非线性晶体(长度L=13.5mm)，信号光束Gs与泵浦光束Gp的两光轴O1O1和O2O2之间夹角α=0.005rad。放大元件4即双轴非线性晶体LBO切割时，保证信号光束Gs在非线性晶体LBO中传播时与其中一光轴夹角为θ=0.190rad.温控器9中流经腔壁909内液流通道908内的冷却液为水。致冷腔901的入射窗口9010和出射窗口907是镀有对信号光束Gs的波长λs=1.064μm和对泵浦光束Gp的波长λp=532nm都能透过的二氧化铪增透膜的石英平面透镜。信号光束Gs能量Es=200pJ，放大系数γ=2.5231×103，增益G=1.8×1028，放大后的信号光束Gs′的能量Es′=3.6×1021J。信号光束Gs经展宽器8后脉冲宽度由50fs展宽为200ps。放大后的信号光束Gs′可达到原来信号光束Gs的1028倍。
权利要求1．一种弱光脉冲强度的温控放大装置包括在核心放大元件(4)的入射面(γ)之前置有由同一同步控制器(3)控制的泵浦光源(2)和信号光源(1)，泵浦光源(2)发射的泵浦光束(Gp)的波长λp小于信号光源(1)发射的信号光束(Gs)的波长λs，而泵浦光束(Gp)的光强Ip大于信号光束(Gs)的光强Is；同时泵浦光束(Gp)和信号光束(Gs)在同时入射到放大元件(4)的入射面(γ)时两光轴(O1O1，O2O2)有夹角α≠0；在放大元件(4)的出射面(C)之后置有同时连接到数据处理显示器(7)上的第一探测器(5)和第二探测器(6)，其特征在于放大元件(4)是置于温控器(9)中的致冷腔(901)内；在信号光源(1)与放大元件(4)之间的光路上置有展宽器(8)。
2．根据权利要求1所述的弱光脉冲强度的温控放大装置，其特征在于所说的温控器(9)含有带入射窗口(9010)和出射窗口(907)的致冷腔(901)，致冷腔(901)的腔壁(909)内分布有冷却液的流液通道(908)，流液通道(908)有通到腔壁(909)外的进液口(904)和出液口(905)，进液口(904)上带有进液开关(903)，进液开关(903)与带有伸进致冷腔(901)内的测温器(906)的温控开关(902)相连。
3．根据权利要求1所述的弱光脉冲强度的温控放大装置，其特征在于所说的置于信号光源(1)与放大元件(4)之间光路上的展宽器(8)主要包含闪耀光栅(801)，凸面反射镜(802)和凹面反射镜(803)。
专利摘要一种弱光脉冲强度的温控放大装置。包括置于温控器中致冷腔内的放大元件,信号光束与波长比它短、光强比它强的泵浦光束同时透过致冷腔的入射窗口射入到放大元件内。由于放大元件始终处于致冷腔内的恒温状态下,温度变化为ΔT=0,所以,经过放大元件放大后的信号光束频率变化Δω=0。同时在信号光源与放大元件之间的光路上置有展宽器,所以最后获得的是脉冲宽度被展宽的、稳定的放大10
文档编号G02F1/35GK2433645SQ0021867
公开日2001年6月6日 申请日期2000年8月3日 优先权日2000年8月3日
发明者金石琦, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所