一种相位敏感光学参量放大器制造技术

本实用新型专利技术为一种相位敏感光学参量放大器，接收到的信号光和本地激光源发出的第一泵浦光、第二泵浦光三个光束的波数满足矢量三角形关系，三束光接入三阶非线性介质器件发生简并四波混频效应，三阶非线性介质器件出射的光束接入偏振控制器，控制X，Y方向的偏振分量变换到与偏振光分束器的主轴成45°，在偏振分束器X方向和Y方向的偏振光分束，经反射镜组多次反射后再进入偏振分束器合束，合束光经滤光器后为本放大器的输出。本实用新型专利技术有效放大功率比泵浦光小两个数量级以上的信号光，并抑制信号相位噪声，且不引入振幅噪声。本放大器结构简单，成本低，体积小，易于推广使用。

A Phase Sensitive Optical Parametric Amplifier

The utility model relates to a phase-sensitive optical parametric amplifier. The wavenumber of the received signal light and the first pump light and the second pump light emitted by the local laser source satisfies the vector triangle relationship. The degenerate four-wave mixing effect occurs when the three beams are connected to the third-order non-linear dielectric device. The beam emitted by the third-order non-linear dielectric device is connected to the polarization controller to control the X, Y square. The polarization component of the polarization beam splitter is converted to 45 degrees with the main axis of the polarization beam splitter. The polarization beam splitter in the X direction and Y direction is splitted. After multiple reflections by the reflector group, the polarization beam splitter is combined. The combined beam is output by the polarization beam splitter. The utility model effectively enlarges signal light whose power is less than two orders of magnitude than pump light, and restrains signal phase noise without introducing amplitude noise. The amplifier has the advantages of simple structure, low cost, small size and easy to be popularized.

【技术实现步骤摘要】
一种相位敏感光学参量放大器
本技术涉及光学参量放大技术，具体为一种相位敏感光学参量放大器，用于实现调相信号的振幅放大与相位再生。
技术介绍
相位敏感光学参量放大器(OpticalPhase-sensitiveAmplifierOPSA)有两个特性：1、放大器的量子极限噪声为0dB，2、放大器可以压缩输入信号的相位。这些特性使得相位敏感光学参量放大器在调相光学信号的振幅再生的处理与相位再生的全光信号的处理方面有独特优势。在相位敏感光学参量放大的研究过程中，在二、三阶非线性介质中先后观察到了上述两种特性，其中研究得最多的是应用四波混频效应来实现相位敏感光学参量放大。另外，基于四波混频效应的相位敏感光学参量放大器非线性效应飞秒量级的响应时间使其能够胜任光学信号的处理速度。在高非线性光纤和硅基波导等非线性介质中基于四波混频效应的相位敏感光学参量放大也开始被广泛地研究。但是，基于相位敏感光学参量放大效应的光学放大器存在相位噪声向振幅噪声转化的问题。这是由于相位敏感光学参量放大应用在不同的输入相位时振幅放大率不同造成的。减小相位噪声与振幅噪声可以增大信号的中继距离并可以增加通信系统的透明性。因此在实际应用中需要一个能同时减小相位噪声与振幅噪声的光学信号放大器。通常的解决方法法是使相位敏感光学参量放大器工作在增益饱和区，以抑制相位噪声与振幅噪声的转换。但这需要大的信号功率才能达到增益饱和状态，目前尚无法在小信号状态下对相位噪声与振幅噪声的转换实现充分抑制。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种相位敏感光学参量放大器，接收到的信号光和本地激光源发出的第一泵浦光、第二泵浦光三个光束接入三阶非线性介质器件发生简并四波混频效应，三阶非线性介质器件出射的光束接入偏振控制器，控制X，Y方向的偏振分量变换到与偏振光分束器的主轴成45°，在偏振分束器X方向和Y方向的偏振光分束，经反射镜组多次反射后再进入偏振分束器合束，合束光经滤光器后为本放大器的输出。本技术有效放大小功率的信号光，并抑制信号相位噪声，且不引入振幅噪声。本技术一种相位敏感光学参量放大器包括信号光、泵浦光源和反射镜，还有三阶非线性介质器件、偏振控制器、偏振分束器和滤光器,接收到的信号光和本地激光源发出的第一泵浦光、第二泵浦光三个光束的波数满足矢量三角形关系，以每束光传播方向为光矢量方向，三束光满足ks＝(kp1+kp2)/2)，ks,kp1和kp2分别表示信号光、第一泵浦光和第二泵浦光的波数(波数k＝2π/λ,为光矢量长度，λ为光的波长)；所述三束光接入三阶非线性介质器件发生简并四波混频效应，由三阶非线性介质器件出射的光束沿Z向接入偏振控制器，控制X，Y方向的偏振分量变换到与偏振光分束器的主轴成45°，之后送到偏振分束器，偏振分束器的分光面垂直于XZ面，与ZX平面成45°，分光面透射X方向偏振光或Y方向偏振光，而偏振方向与透射光偏振方向垂直的偏振光被分光面反射。所述反射镜组包括3块平面反射镜，均与XZ面垂直，三镜构成冂形，相对的两块反射镜与射偏振分束器的分束面平行，处于冂形顶部的一块反射镜与分束面垂直。光经过偏振分束器后按偏振方向分为两路，两路光分别经过反射镜组的多次反射后又在偏振分束器合束，之后经过滤光面与XZ面垂直、与分束面成45°的滤光器输出，为本放大器的输出。所述接收的信号光波长为λs，第一泵浦光的波长为λp1，第二泵浦光的波长为λp2，它们满足能量守恒关系ωs＝(ωp1+ωp2)/2，ωs，其中ωp1和ωp2分别表示信号光、第一泵浦光、第二泵浦光的频率；同时这三束光的初始相位满足相位锁定。第一泵浦光的偏振方向为X方向，第二泵浦光的偏振方向为Y方向，信号光的偏振方向在X、Y方向上的投影分别为Sx与Sy。信号光的偏振方向与X或Y方向的夹角小于10°，较佳方案该夹角小于5°，更佳方案该夹角小于1°。当信号光的偏振方向越来越靠近两个泵浦光之一的偏振方向时，相位敏感光学参量放大器抑制相位噪声到振幅噪声的转换的能力越强。当信号光的偏振方向与两个泵浦光之一的偏振方向相同时，可以完全抑制住相位噪声到振幅噪声的转换。也就是说当信号光的偏振方向与两个泵浦光之一的偏振方向相同时，本相位敏感光学参量放大器效果最好；当信号光的偏振方向与两个泵浦光之一的偏振方向不完全相同时，本相位敏感光学参量放大器有一定的抑制相位噪声到振幅噪声转换的能力，但不能完全抑制。信号光的偏振方向与X或Y方向的夹角小于1°抑制能力好，此夹角在1°～5°抑制效果有所下降，此夹角在5°～10°有一定抑制效果，但此夹角在10°～45°没有抑制效果，甚至使信号质量恶化。最佳方案为所述信号光的偏振方向为X方向或Y方向。所述三阶非线性介质器件为硅基波导、锗波导、砷化镓波导或和非线性光纤中的任一种。射偏振分束器的分束面插入反射镜组冂形底部。偏振分束器的分束面插入反射镜组冂形底部的边与冂形顶部反射镜的距离为冂形竖直部分长度的1/3至1/2。所述冂形反射镜组以偏振分束器的分束面所处平面为左右对称面。所述滤波器的带宽由第一、第二泵浦光波长λp1、λp2,和信号光波长λs决定，信号光波长λs为滤波器中心波长，第一、第二泵浦光λp1、λp2处于滤波器带宽范围之外，所述滤波器透过信号光而滤掉泵浦光。本技术一种相位敏感光学参量放大器运行时，输入的信号光被接收，本地泵浦源产生第一泵浦光和第二泵浦光，接收的信号光和第一、第二泵浦光一起沿Z向耦合进三阶非线性介质器件；三束光在三阶非线性介质器件中发生三阶非线性效应，即简并四波混频效应；泵浦光将能量转换到信号光，但有残留的泵浦光。所述三阶非线性介质器件的出射光沿Z轴正向进入偏振控制器，控制X，Y方向的偏振分量变换到与偏振光分束器的主轴成45°，在偏振分束器X方向和Y方向的偏振光分束，经反射镜组多次反射后再进入偏振分束器合束，合束光经滤光器后为本放大器的输出。与现有技术相比，本技术一种相位敏感光学参量放大器的优点为：1、当接收的信号光的功率比泵浦光小两个数量级以上为小信号输入，此情况下本放大器在将接收的信号光功率放大的同时，仍可抑制信号相位噪声，且不引入振幅噪声；2、整个光路均可以在片上集成，便于今后进行全光集成部件的设计与生产；3、本放大器结构简单，成本低，体积小，易于推广使用。附图说明图1为本相位敏感光学参量放大器实施例的结构示意图；图2为本相位敏感光学参量放大器实施例的信号光及第一、第二泵浦光偏振关系示意图；图3为本相位敏感光学参量放大器实施例效果曲线图。图中标号为：1、信号光和第一、第二泵浦光，2、硅基波导，3、偏振控制器，4、偏振分束器，5、反射镜组，6、滤光器。具体实施方式相位敏感光学参量放大器实施例本相位敏感光学参量放大器实施例如图1所示，包括第一、第二泵浦激光器(图内未显示)，硅基波导2，偏振控制器3，偏振分束器4，反射镜组5和滤光器6。本例本放大器接收到的信号光和第一泵浦光、第二泵浦光三束光的波数满足矢量三角形关系，以每束光传播方向为光矢量方向，三束光满足ks＝(kp1+kp2)/2)，ks,kp1和kp2分别表示信号光、第一泵浦光、第二泵浦光的波数；所述三束光1一起接入三阶非线性介质器件硅基波导2。本例接收的信号光波长为λs＝1550nm，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相位敏感光学参量放大器，包括信号光、泵浦光源和反射镜，其特征在于：还有三阶非线性介质器件、偏振控制器、偏振分束器和滤光器,接收到的信号光和本地激光源发出的第一泵浦光、第二泵浦光三个光束的波数满足矢量三角形关系，以每束光传播方向为光矢量方向，三束光满足ks＝(kp1+kp2)/2)，ks,kp1和kp2分别表示信号光、第一泵浦光和第二泵浦光的波数；所述三束光接入三阶非线性介质器件发生简并四波混频效应，由三阶非线性介质器件出射的光束沿Z向接入偏振控制器，控制X，Y方向的偏振分量变换到与偏振光分束器的主轴成45°，之后送到偏振分束器，偏振分束器的分光面垂直于XZ面，与ZX平面成45°，分光面透射X方向偏振光或Y方向偏振光，而偏振方向与透射光偏振方向垂直的偏振光被分光面反射；所述反射镜组包括3块平面反射镜，均与XZ面垂直，三镜构成冂形，相对的两块反射镜与射偏振分束器的分束面平行，处于冂形顶部的一块反射镜与分束面垂直；光经过偏振分束器后按偏振方向分为两路，两路光分别经过反射镜组的多次反射后又在偏振分束器合束，之后经过滤光面与XZ面垂直、与分束面成45°的滤光器输出，为本放大器的输出；所述接收的信号光波长为λs，第一泵浦光的波长为λp1，第二泵浦光的波长为λp2，它们满足能量守恒关系ωs＝(ωp1+ωp2)/2，ωs，其中ωp1和ωp2分别表示信号光、第一泵浦光、第二泵浦光的频率；同时这三束光的初始相位满足相位锁定；第一泵浦光的偏振方向为X方向，第二泵浦光的偏振方向为Y方向，信号光的偏振方向在X、Y方向上的投影分别为Sx与Sy；信号光的偏振方向与X或Y方向的夹角小于10°。...

【技术特征摘要】
1.一种相位敏感光学参量放大器，包括信号光、泵浦光源和反射镜，其特征在于：还有三阶非线性介质器件、偏振控制器、偏振分束器和滤光器,接收到的信号光和本地激光源发出的第一泵浦光、第二泵浦光三个光束的波数满足矢量三角形关系，以每束光传播方向为光矢量方向，三束光满足ks＝(kp1+kp2)/2)，ks,kp1和kp2分别表示信号光、第一泵浦光和第二泵浦光的波数；所述三束光接入三阶非线性介质器件发生简并四波混频效应，由三阶非线性介质器件出射的光束沿Z向接入偏振控制器，控制X，Y方向的偏振分量变换到与偏振光分束器的主轴成45°，之后送到偏振分束器，偏振分束器的分光面垂直于XZ面，与ZX平面成45°，分光面透射X方向偏振光或Y方向偏振光，而偏振方向与透射光偏振方向垂直的偏振光被分光面反射；所述反射镜组包括3块平面反射镜，均与XZ面垂直，三镜构成冂形，相对的两块反射镜与射偏振分束器的分束面平行，处于冂形顶部的一块反射镜与分束面垂直；光经过偏振分束器后按偏振方向分为两路，两路光分别经过反射镜组的多次反射后又在偏振分束器合束，之后经过滤光面与XZ面垂直、与分束面成45°的滤光器输出，为本放大器的输出；所述接收的信号光波长为λs，第一泵浦光的波长为λp1，第二泵浦光的波长为λp2，它们满足能量守恒关系ωs＝(ωp1+ωp2)/2，ωs，其中ωp1和ωp2分别表示信号光、第一泵浦光、第二泵浦光的频率；同时这三束光的初始相位满足相位锁定；第一泵浦光的偏振...

【专利技术属性】
技术研发人员：马拥华，孙晖，马建军，蒋蔚，何晓垒，陈坚，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十四研究所，
类型：新型
国别省市：广西,45