本申请提供了一种阵列单光子频率上转换装置，包括：二向色分束镜，微透镜阵列，阵列输入耦合镜，PPLN晶体，阵列输出耦合镜；二向色分束镜，用于信号光和泵浦光在空间上的耦合；微透镜阵列，用于分割信号光和泵浦光，并将分割后的光波聚焦在晶体的中心；阵列输入耦合镜，用于耦合多路信号光和泵浦光到阵列谐振腔中；PPLN晶体，用于非线性频率转换的介质，其具有比较大的有效非线性系数和损伤阈值；阵列输出耦合镜，用于输出和频光；其中阵列输入、输出耦合镜构成阵列谐振腔，用于增强泵浦光在腔内的功率，提高转换效率；实现高转换效率，通过微透镜阵列对信号光进行分割而提高信号光的视场角，在一块晶体中实现多路的高效频率上转换光输出。输出。输出。
【技术实现步骤摘要】
一种阵列单光子频率上转换装置
[0001]本申请涉及非线性频率上转换
，具体而言，涉及一种阵列单光子频率上转换装置。
技术介绍
[0002]红外或近红外，尤其是光通信波段的光子波长处在大气和光纤的低损耗传输窗口，在生物医学成像、国防军事、气体分析和量子信息领域具有广泛地应用。目前最先进的直接红外探测器有热传感器、半导体探测器或超导纳米线探测器。热传感器成本低廉，由于其响应速度慢、灵敏度低，只能用于对精度和速度要求不高的场合；半导体探测器灵敏度高，但需要冷却操作和精密处理；超导纳米线探测器具有高灵敏度和快速响应的特点，但是在几mK到K的极低温度下工作，成本高昂。
[0003]与之相比，可见光波段的单光子探测器件(Si-APDs、PMTs)和CCD传感器具有量子效率高、暗计数低以及响应快的特点。因此，有效地将中、近红外光上转换为可见光，并利用可见光高性能的探测器探测的上转换技术是一种替代直接红外成像技术的有效手段。
[0004]红外上转换成像是利用非线性光学和频过程，将红外照明的图像上转换为可见光光谱，同时保持其量子特性的不变，然后利用可见光谱范围具有更好性能的图像传感器成像。与现有的红外光谱范围和THz区域的成像传感器相比，上转换成像技术可以获得实时的、全非扫描的二维图像。这种方法充分利用了可见光波段图像传感器在噪声、速度、分辨率或非制冷操作方面更优的性能，克服了红外图像传感器暗噪声高、需制冷等缺点，可以实现红外图像高灵敏度、高分辨率成像。
[0005]二维图像的视场、空间分辨率以及上转换效率是评价红外上转换成像技术优劣的关键指标。
[0006]目前，增强上转换成像视场的有效方法主要有宽带光源、晶体热梯度和晶体旋转等。其中，宽带光源是利用非共线相互作用中的上转换角度的波长敏感性实现更多角度的准相位匹配，从而实现增大二维图像的视场，然而与单色激光源相比，宽带光源照明目标亮度更低，不利于中远距离的系统使用。晶体热梯度通过在PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate，周期极化铌酸锂晶体)晶体的两端加入热极和冷极形成的热梯度使晶体中的折射率成梯度分布，从而引起相互作用波的波矢失配，这种机制可以在单波长源照明时有效增强上转换图像的视场，它的缺点是晶体中热分布的不均匀性将导致上转换效率的降低。
[0007]在实际应用中，泵浦光的有限尺寸决定了图像上转换系统的空间分辨率，目前增强图像上转换的空间分辨率的唯一方式是用非相干光源。
[0008]常用于提高图像上转换的效率的方法是通过提高泵浦光的功率以及腔内泵浦和外腔增强的方式。然而，腔增强的高效率图像上转换的视场和空间分辨率均受到复杂腔结构的制约。
技术实现思路
[0009]有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种阵列单光子频率上转换装置，利用微透镜阵列对入射信号光分割以增大入射空间信号光的视场和采用阵列谐振腔提高多路泵浦光功率以获得高转换效率，在一块PPLN晶体中实现多路的单光子频率上转换。
[0010]一种阵列单光子频率上转换装置，包括二向色分色镜，微透镜阵列，阵列输入耦合镜，PPLN晶体，阵列输出耦合镜；
[0011]所述二向色分色镜，用于信号光和泵浦光在空间上的耦合；
[0012]所述微透镜阵列，用于把合束后的信号光和泵浦光分割为多路，增大入射信号光的视场，并将分割后的光波聚焦在晶体的中心；
[0013]所述阵列输入耦合镜，用于耦合多路信号光和泵浦光到阵列谐振腔中，其镀有相应的介质膜；
[0014]所述周期极化非线性晶体，用于提供非线性相互作用的工作介质，其具有有效非线性系数和损伤阈值；
[0015]所述阵列输出耦合镜，用于输出和频光，其镀有相应波长的光学薄膜，与阵列输入耦合镜构成阵列谐振腔，用于增强泵浦光在腔内的功率，提高转换效率；
[0016]携带有空间信息的信号光和泵浦光由二向色分束镜合束，微透镜阵列把合束后的信号光和泵浦光分为多路，微透镜阵列的作用一方面是增大入射信号光的视场，另一方面是把信号光分割为子光束保留其空间信息，经微透镜阵列分割后的光束通过阵列输入耦合镜耦合到位于阵列谐振腔中心的PPLN晶体中，阵列谐振腔中增强后的多路泵浦光与信号光在PPLN晶体中的非线性相互作用产生多路和频光，产生的多路和频光由阵列输出耦合镜输出。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术提供一种阵列单光子频率上转换装置，包括二向色分束镜11、微透镜阵列12、阵列输入耦合镜13、PPLN晶体14和阵列输出耦合镜15，与现有的采用PPLN晶体的腔增强单光子频率上转换技术对晶体的利用率低和无法获得大的信号光视场相比，其通过二向色分束镜11对信号光和泵浦光进行合束，由微透镜阵列12对合束后的光波进行分割，得到多路的信号光和泵浦光，阵列输入耦合镜13把多路的信号光和泵浦光耦合到阵列谐振腔中，位于阵列谐振腔焦面的PPLN晶体14充当非线性相互作用的介质，多路泵浦光在阵列谐振腔中功率密度增强后与多路信号光与非线性晶体相互作用产生多路和频光输出。通过本申请提供的频率上转换装置，能够根据视场的需要，选择较大的通光孔径，并由微透镜阵列对入射信号光进行分割，分割后的子信号光束分别进行频率上转换，阵列谐振腔用于增强多路泵浦光，从而保证信号光的转换效率。满足较高的转换效率和有较大信号光入射视场角，在一块PPLN晶体中实现多路高效单光子频率上转换。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0020]图1示出了本申请实施例所提供的阵列单光子频率上转换装置的结构示意图；
[0021]附图标记说明：
[0022]11、二向色分束镜；12、微透镜阵列；13、阵列输入耦合镜；14、PPLN晶体；15、阵列输出耦合镜。
具体实施方式
[0023]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0024]考虑到现有外腔增强单光子频率上转换技术无法达到高转换效率的同时具有大视场以及对非线性晶体的利用率比较低，基于此，本申请实施例提供了一种阵列单光子频上转换装置，详见下述实施例。
[0025]如图1所示，本申请实施例提供了一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种阵列单光子频率上转换装置，其特征在于，包括二向色分色镜，微透镜阵列，阵列输入耦合镜，PPLN晶体，阵列输出耦合镜；所述二向色分色镜，用于信号光和泵浦光在空间上的耦合；所述微透镜阵列，用于把合束后的信号光和泵浦光分割为多路，增大入射信号光的视场，并将分割后的光波聚焦在所述PPLN晶体的中心；所述阵列输入耦合镜，用于耦合多路信号光和泵浦光到阵列谐...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪韬，马晓燠，杨奇龙，樊志华，贾天豪，游双慧，
申请(专利权)人：重庆连芯光电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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