一种周期性极化晶体及光参量放大器制造技术

本发明专利技术属于激光技术领域，尤其涉及一种周期性极化晶体及光参量放大器。本发明专利技术提供了一种周期性极化晶体，该周期性极化晶体包括第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域，且所述第一非线性区域与所述第二非线性区域均具有周期性畴反转结构。采用所述周期性极化晶体的光参量放大器，在光参量放大的同时，作为“副产物”的闲频光、与入射的信号光和泵浦光沿不同方向传输，以此实现闲频光与信号光的分离，从而抑制光参量放大器进入饱和放大后的能量回流，显著提升了该光参量放大器的性能。

Periodically poled crystal and optical parametric amplifier

The invention belongs to the technical field of laser, in particular to a periodically poled crystal and an optical parametric amplifier. The invention provides a periodically poled crystal, the periodically poled nonlinear region, including the first linear region and two nonlinear region, and the first nonlinear region and the second region has a nonlinear periodic domain inversion structure. The optical parametric amplifier of the periodically poled crystal in optical parametric amplification, at the same time, as the \by-product\ of the idler, and the incident signal and pump light in different directions of transmission, so as to realize the separation of idler and signal light, thereby inhibiting the optical parametric amplifier into energy saturation amplification after reflow, significantly enhance the performance of the optical parametric amplifier.

【技术实现步骤摘要】
一种周期性极化晶体及光参量放大器
本专利技术属于激光
，尤其涉及一种周期性极化晶体及光参量放大器。
技术介绍
光参量放大器(OPA，OpticalParametricAmplification)作为激光
中一种重要的光学器件，被广泛应用于科研、医学、工业等领域。OPA的基本工作原理是将一束高频率激光ωp和一束低频率激光ωs同时射入非线性介质中，由于两者之间的差频效应，高频率激光ωp的能量转移到低频率激光ωs上，从而使输出的低频率激光得到加强而放大，同时得到第三种频率为ωi的闲频光，其中，ωp>ωs、ωp＝ωs+ωi，ωp一般为泵浦光，ωs一般为信号光。但是，所有参量过程都会受制于能量的回流。回流是指当泵浦光强烈衰减，参量过程进入饱和放大的时候，能量会由信号光和闲频光重新流向泵浦光，因此，这种能量回流效应大大限制了光参量放大器的极限性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种周期性极化晶体及光参量放大器，旨在解决现有的光参量放大器中的能量回流问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种周期性极化晶体：所述周期性极化晶体包括第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域，所述第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域依次相连；其中，所述第一非线性区域与所述第二非线性区域均具有周期性畴反转结构。进一步地，所述第一非线性区域的周期性畴反转方向与激光传输方向夹角为β，所述第二非线性区域的周期性畴反转方向与所述激光传输方向夹角为﹣β，以使所述第一非线性区域的畴结构与所述第二非线性区域的畴结构沿所述激光传输方向呈轴对称。进一步地，所述夹角β基于预设的夹角β与周期性极化晶体的极化周期之间的映射关系、以及所述周期性极化晶体的极化周期进行设定。本专利技术还提供了一种光参量放大器，所述光参量放大器包括上述的周期性极化晶体：所述周期性极化晶体，用于基于入射的泵浦光对入射的信号光进行放大，并生成闲频光；及，用于将所述闲频光、与所述信号光和所述泵浦光进行分离，以抑制所述光参量放大器进入饱和放大后的能量回流，即抑制能量由信号光和闲频光重新流向泵浦光。进一步地，所述泵浦光与所述信号光以共线正入射的方式，入射至所述周期性极化晶体。进一步地，所述周期性极化晶体的第一非线性区域用于使生成的第一闲频光从所述信号光和泵浦光的一侧走离，第二非线性区域用于使生成的第二闲频光从所述信号光和泵浦光的另一侧走离。进一步地，夹角α基于预设的夹角α与周期性极化晶体的极化周期之间的映射关系、以及所述周期性极化晶体的极化周期进行设定，其中，所述夹角α表示闲频光与信号光/泵浦光传输方向之间的夹角。进一步地，所述光参量放大器还包括激光装置、光学耦合元件以及分光元件；所述激光装置，用于输出所述泵浦光；所述光学耦合元件，用于将所述泵浦光以及信号光空间耦合并入射至所述周期性极化晶体；所述分光元件，用于对入射的放大后的信号光与残余的泵浦光进行分离。进一步地，闲频光有效走离量基于预设的闲频光实际走离量与所述信号光的光斑大小及所述泵浦光的光斑大小三者之间的映射关系进行设定。进一步地，所述周期性极化晶体的周期性畴反转结构具有使kp、ks、ki和kg四路波矢构成波矢四边形的能力，其中，ks表示所述信号光的波矢、kp表示所述泵浦光的波矢、ki表示所述闲频光的波矢，kg表示所述周期性极化晶体的倒格矢，ks与kp共线。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术提供了一种周期性极化晶体，该周期性极化晶体包括第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域，且所述第一非线性区域与所述第二非线性区域均具有周期性畴反转结构。采用所述周期性极化晶体的光参量放大器，在光参量放大的同时，作为“副产物”的闲频光、与入射的信号光和泵浦光沿不同方向传输，以此实现闲频光与信号光的分离，从而抑制光参量放大器进入饱和放大后的能量回流，显著提升该光参量放大器的性能。附图说明图1是本专利技术实施例提供的周期性极化晶体示意图；图2是本专利技术实施例提供的光参量放大器示意图；图3是本专利技术实施例提供的光参量放大器中的周期性极化晶体俯视图；图4是本专利技术实施例提供的现有技术中参量放大器转换效率随泵浦光强的变化曲线示意图；图5是本专利技术实施例提供的基于周期性极化晶体的光参量放大器转换效率随泵浦光强的变化曲线示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。作为本专利技术的第一个实施例，如图1所示，本专利技术提供了一种周期性极化晶体：该周期性极化晶体包括第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域，第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域依次相连；其中，第一非线性区域与第二非线性区域均具有周期性畴反转结构。进一步地，第一非线性区域的周期性畴反转方向与激光传输方向夹角为β，第二非线性区域的周期性畴反转方向与所述激光传输方向夹角为﹣β，以使该第一非线性区域的畴结构与该第二非线性区域的畴结构沿激光传输方向呈轴对称。进一步地，其中夹角β基于预设的夹角β与周期性极化晶体的极化周期之间的映射关系、以及所述周期性极化晶体的极化周期进行设定。如图1所示，图中黑白相间的区域分别表示第一非线性区域和第二非线性区域，白色区域表示线性区域；ks表示信号光的波矢、kp表示泵浦光的波矢、ki表示生成的闲频光的波矢，由于信号光与泵浦光以共线正入射的方式，入射至所述周期性极化晶体，ks与kp共线，kg表示该周期性极化晶体的倒格矢，是该周期性极化晶体的结构所附加的一种波矢，其大小与该周期性极化晶体的极化周期有关，即kg的大小因非线性区域的周期性畴反转的周期而定：kg＝2π/Λ；Λ表示周期性极化晶体的极化周期，即畴周期、或畴长，α表示闲频光与信号光/泵浦光传输方向之间的夹角。需要说明的是，具有周期性畴反转结构的周期性极化晶体的ks、kp、ki和kg四路波矢需构成波矢四边形，从而实现准相位匹配，从而进一步具有能量转换的能力。其中，由于ks与kp共线，即需要kp/ks、ki和kg能构成波矢三角形。当ks、kp和ki确定的前提下，即参与参量放大的泵浦光、信号光以及闲频光的激光波长已知的前提下，α、β、kg三个参数之间互相具有映射关系，其中一个参数确定了，另外两个参数也随之确定。该周期性极化晶体可以由以下两种方法制备而成：方法一：基于预设晶体极化方法对晶体进行极化处理，以使所述晶体的两端生成具有周期性畴反转结构的极化区域、中间生成不具有所述周期性畴反转结构的非极化区域；其中，两端所述极化区域分别为所述第一非线性区域和所述第二非线性区域，所述非极化区域为所述线性区域。方法二：所述周期性极化晶体由具有所述周期性畴反转结构的第一非线性晶体及具有所述周期性畴反转结构的第二非线性晶体依次放置组成，其中，所述第一非线性晶体为所述第一非线性区域、所述第二非线性晶体为所述第二非线性区域，所述第一非线性晶体与所述第二非线性晶体间的空间间隔为所述线性区域。综上所述，本专利技术第一个实施例所提供的周期性极化晶体，其内部的周期性畴反转结构可以根据需要进行相应的极化处理而得到，制作方法简单；将其应用于光参量放大器中，可以将生成的闲频光与信号光分离，从而避免了闲频光对信号光的影响，抑制了光参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种周期性极化晶体，其特征在于，所述周期性极化晶体包括第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域，所述第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域依次相连；其中，所述第一非线性区域与所述第二非线性区域均具有周期性畴反转结构。

【技术特征摘要】
1.一种周期性极化晶体，其特征在于，所述周期性极化晶体包括第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域，所述第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域依次相连；其中，所述第一非线性区域与所述第二非线性区域均具有周期性畴反转结构。2.如权利要求1所述的周期性极化晶体，其特征在于，所述第一非线性区域的周期性畴反转方向与激光传输方向夹角为β，所述第二非线性区域的周期性畴反转方向与所述激光传输方向夹角为﹣β，以使所述第一非线性区域的畴结构与所述第二非线性区域的畴结构沿所述激光传输方向呈轴对称。3.如权利要求2所述的周期性极化晶体，其特征在于，所述夹角β基于预设的夹角β与周期性极化晶体的极化周期之间的映射关系、以及所述周期性极化晶体的极化周期进行设定。4.一种光参量放大器，其特征在于，所述光参量放大器包括如权利要求1至3任意一项所述的周期性极化晶体；所述周期性极化晶体，用于基于入射的泵浦光对入射的信号光进行放大，并生成闲频光；及，用于将所述闲频光、与所述信号光和所述泵浦光进行分离，以抑制所述光参量放大器进入饱和放大后的能量回流。5.如权利要求4所述的光参量放大器，其特征在于，所述泵浦光与所述信号光以共线正入射的方式，入射至所述周期性极化晶体。6.如权利要求4所述的光参量放大器，其特征在于，所述周期性极化晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟亥哲，李瑛，许长文，杨建龙，王世伟，范滇元，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44