专利名称：光学参量放大装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种光学参量放大装置。主要用来放大弱光学信号的光强。
已有技术中英国I.N.罗斯(I.N.Ross)等人在“光学参量啁啾脉冲放大原理和可行性”(Principles and possibilities for optical parameteric chirped pulse amplifies)一文中论述了关于光学参量的放大过程和理论，但没有提供一种放大倍率较高的实用的装置。
本发明的目的是提供一种将弱的激光信号光的光强能够放大的光学参量放大装置。而使用本发明的结构简单，容易操作的放大装置将能获得所期望的放大光强的信号光。
本发明的光学参量放大装置，如图1所示，包括，最核心的元件为放大元件4，置于放大元件4的入射面r之前有信号光源1和泵浦光源2，信号光源1和泵浦光源2连接有同一个同步控制器3。置于放大元件4的出射面c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1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3控制，必须同时进入到放大元件4内。信号光Gs的光轴O1O1垂直于放大元件4的入射面r，而泵浦光Gp的光轴O2O2与信号光Gs的光轴O1O1之间有不等于0的夹角α，即α≠0。
所说的放大元件4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-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。
本发明的放大装置中，要求入射到放大元件4内的信号光Gs的传播方向与构成放大元件4的晶体光轴方向之间的相位匹配角θ≠＝0。
所说的构成信号光源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。
所说的第一探测器5和第二探测器6都是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。
所说的数据处理显示器7是示波器，或者是计算机，或者是使用装置。所说的同步控制器3由延迟器构成的。
本发明的放大装置的工作过程是当由同步控制器3控制的信号光源1和泵浦光源2发射的两束光信号光Gs和泵浦光Gp同时入射到放大元件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+(γL)2(sinhBB)2.......(1)]]>其中B=(γL)2-(ΔkL/2)2]]>L是作为放大元件4的晶体放大长度，Δk是相位失谐量。其中放大系数γ为γ=4πdeffIp/2ϵ0npnsnicλsλi.......(2)]]>(2)式中deff作为放大元件4的晶体有效非线性系数，Ip为泵浦光Gp强度，ε0为真空介电常数，np为泵浦光Gp折射率，ns为信号光Gs折射率，ni为空闲光Gi折射率，c为光速，λs为信号光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，与光轴形成不同的方向传播时有不同的折射率，相位匹配角与折射率物理量的关系如下tgα=12np2-ns2(ns2sin2θ+np2cos2θ)sin2θ......(3)]]>式中，α为信号光Gs光轴O1O1与泵浦光Gp光轴O2O2之间的夹角，θ为光束在晶体中传播方向与晶体光轴的相位匹配角。
由上述的结构及(1)、(2)、(3)式可以看出本发明的放大装置的结构是既简单又合理。
本发明的光学参量放大装置的优点1.使用本发明的放大装置能够实现弱信号光Gs的光强放大。而且放大倍率超过1千倍。
2.在放大元件4的晶体外部调整信号光Gs与泵浦光Gp两光轴O1O1与O2O2之间的夹角α容易操作，而且整个放大装置结构简单，操作方便。
3.放大元件4(非线性晶体)适用的种类较多，如上所述的BBO，KDP，LBO，KTP等晶体。
4.适用于较宽波带弱信号光Gs的放大，也就是说信号光源1的适用范围广。
5.可选用构成信号光源1和泵浦光源2的激光器的种类多，如固体激光器、液体激光器、气体激光器等。
图1是本发明的光学参量放大装置的示意图。
图2是实施例在本发明的光学参量放大装置中，当放大元件4是负单轴晶体KDP，两束光Gp、Gs入射到放大元件4入射面γ时，两束光轴同O1O1与O2O2之间的夹角α与放大元件4的增益G的关系曲线图。
实施例如图1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的钛宝石激光器输出波长λs＝800nm～1.16μm的信号光Gs。泵浦光Gp是钇铝石榴石(YAG)固体激光器经倍频输出波长λp＝532nm，同步控制器3用两个脉冲延时器构成调整信号光Gs与泵浦光Gp同步，泵浦光Gp光强Ip＝380MW/cm2，放大元件4是负单轴KDP非线性晶体(长度L＝13mm)，信号光Gs波长λs＝1.06μm，信号光Gs与泵浦光Gp的两光轴O1O1与O2O2的夹角α＝0.0034rad，如图2所示的曲线1。θ＝37°，信号光Gs能量Es＝200pJ，到达放大元件4的非线性晶体的光斑直径为1mm，脉宽200ps，放大系数γ＝3.297×102，增益G＝1.32×103，放大信号光Cs′的能量Es*＝264nJ。显然被放大的信号光Gs′是原来信号光Gs的1千倍以上。
权利要求
1.一种光学参量放大装置，包括<1>在放大元件(4)的入射面(r)之前置有两者同时连接到同一同步控制器(3)上的信号光源(1)和泵浦光源(2)，在放大元件(4)的出射面(c)之后置有两者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<2>置于放大元件(4)入射面(r)之前的信号光源(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(1)发射的信号光(Gs)的波长λs，即λp＜λs，而且泵浦光(Gp)的光强Ip大于信号光(Gs)的光强Is，即Ip＞Is；<3>与泵浦光Gp同时入射到放大元件(4)内的信号光Gs的光轴O1O1垂直于放大元件(4)的入射面(r)，泵浦光(Gp)的光轴(O2O2)与信号光(Gs)的光轴(O1O1)之间有夹角α≠0；<4>放大元件(4)是由非线性晶体构成的，入射到放大元件(4)内的信号光(Gs)的传播方向与构成放大元件(4)的晶体光轴方向之间有相位匹配角θ≠0。
2.根据权利要求1所述的光学参量放大装置，其特征在于所说的构成放大元件(4)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β-偏硼酸钡晶体(BBO)；或者是正单轴晶体，如镉锗砷晶体(CdGeAs2)。
3.根据权利要求1所述的光学参量放大装置，其特征在于所说的构成信号光源(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。
4.根据权利要求1所述的光学参量放大装置，其特征在于所说的第一探测器(5)和第二探测器(6)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。
5.根据权利要求1所述的光学参量放大装置，其特征在于所说的数据处理显示器(7)是示波器，或者是计算机，或者是使用装置。
全文摘要
一种光学参量放大装置,包括由非线性晶体构成的放大元件。由激光器作为信号光源和泵浦光源带有同一同步控制器。泵浦光G
文档编号G02F1/39GK1258016SQ99124198
公开日2000年6月28日 申请日期1999年12月2日 优先权日1999年12月2日
发明者金石琦, 徐至展, 杨晓东, 冷雨欣, 彭家晖 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所