一种基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器，包括：5％氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体(MgO:PPLN)、平凹透镜、压电陶瓷驱动器、以及热电致冷器；所述压电陶瓷驱动器具有中空结构以便光束通过，所述压电陶瓷驱动器的右侧与平凹透镜的平面粘接，所述压电陶瓷驱动器外加控制电压改变其长度带动平凹透镜运动；所述平凹透镜的凹面右侧设置所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体，所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体安装于热电致冷器上，通过闭环控制系统实现晶体温度温度。该光参量振荡器在接近室温的条件下实现基于PPLN晶体的光参量放大过程，可以有效降低压缩光制备过程中的相位噪声，有利于高压缩度非经典光的制备。典光的制备。典光的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器


[0001]本专利技术属于非经典光制备
，涉及一种基于氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体(MgO:PPLN)的光参量振荡器。

技术介绍

[0002]压缩态光场是一种重要的非经典光场，可将光场的某一可观测物理量的量子起伏降低至标准量子极限以下。利用非经典光学探测方案可以突破量子测量极限，提高信号的测量精度，是近年来高速发展的量子精密测量技术之一。比如，在光学测量系统中用压缩态光场中小于散粒噪声基准的正交分量进行测量时可得到超越量子噪声极限的探测灵敏度。同时压缩光也被广泛应用于引力波探测、量子信息科学等众多研究领域。压缩光的制备主要有三种方式，包括克尔效应、四波混频和光学参量过程。克尔效应和和四波混频的非线性系数通常很低，只有在原子吸收线附近才有较大的非线性系数，其技术实现上的复杂性和引入的额外噪声会限制产生的压缩态光场的压缩度。与之相比，光学参量过程是目前制备压缩态光源最有效的方法，其基本原理是利用非线性晶体的二阶极化效应实现光学参量振荡(无种子光注入)或者光学参量放大(有种子光注入)。光学参量过程需要基频光波和二次谐波相位匹配。其中一种有效的相位匹配方法是通过对晶体进行周期性极化，其非线性系数的周期性变化可以弥补基频光波和二次谐波在晶体中传播时由于色散引起的相位差，该方法被称为准相位匹配技术。
[0003]常用的两种非线性晶体包括周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)和周期极化铌酸锂(PPLN)。PPLN晶体与PPKTP晶体相比具有更大的非线性系数。然而，目前实现最高压缩度光源制备的是PPKTP晶体而非PPLN晶体。PPLN晶体与PPKTP晶体相比其工作温度通常较高(100℃以上)，以避免光折变和光损伤效应。研究者经过对比实验推测，较高的工作温度会导致声导波布里渊散射效应，从而产生额外的相位噪声，导致压缩度劣化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出利用氧化镁参杂的PPLN晶体构造光参量振荡器。铌酸锂晶体中添加5％的氧化镁可以显著增加晶体的抗光损伤阈值和光折变系数，同时保留晶体的高非线性系数。因此氧化镁参杂的PPLN晶体可以有效降低其工作温度，大幅减少高工作温度带来的相位噪声，有利于高压缩度非经典光的制备。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器，包括：5％氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10、平凹透镜7、压电陶瓷驱动器5、以及热电致冷器12；所述压电陶瓷驱动器5具有中空结构以便光束通过，所述压电陶瓷驱动器5的右侧与平凹透镜7的平面粘接，所述压电陶瓷驱动器5外加控制电压改变其长度带动平凹透镜7运动；所述平凹透镜7的凹面右侧设置所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10，所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10安装于热电致冷器12上，通过闭环控制系统实现晶体温度温度。
[0007]进一步，所述平凹透镜7的凹面与氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10的右侧平面构成谐振腔，其中所述谐振腔的腔长为30mm；平凹透镜7的凹面的曲率半径为
‑
25mm，镀有部分反射膜，镀膜参数为R＝90％@1560nm和R＝20％@780nm；所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10的右侧平面镀有高反射率膜，镀膜参数为R＝99.982％@1560nm和R＝99.975％@780nm。
[0008]进一步，所述平凹透镜7的平面镀有对780nm和1560nm双波长均镀透射率大于99.5％的高透射率膜，所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10的左侧平面镀有T＝0.36％@780nm和T＝0.017％@1560nm双波长高透膜。
[0009]进一步，所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10、平凹透镜7、压电陶瓷驱动器5以及热电制冷器12安装在一个壳体中，所述压电陶瓷驱动器5的左侧粘接在壳体上；所述壳体由低膨胀系数的殷钢材料构成。
[0010]进一步，所述光参量振荡器还包括780nm泵浦光源1、模式匹配透镜3、二向色镜4，所述二向色镜4对780nm泵浦光具有高透射率且对1560nm压缩光具有高反射率。
[0011]本专利技术还提供一种压缩态光场的制备方法，采用上述基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器进行制备，包括以下步骤：
[0012](1)780nm泵浦光源1输出780nm激光作为泵浦光，泵浦光经过模式匹配透镜3整形后与谐振腔本征基模匹配，然后经过二向色镜4透射后耦合进入平凹透镜7；
[0013](2)泵浦光透过平凹透镜7后入射到谐振腔，在氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10中发生简并光参量下转换过程，一个高频率的780nm泵浦光子湮灭后产生两个低频率的1560nm的信号光子；
[0014](3)通过压电陶瓷驱动器5带动平凹透镜7运动调节腔长，使其实现1560nm激光在腔内共振增强；
[0015](4)通过热电致冷器12调节氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体10的温度，使其满足准相位匹配条件，此时泵浦光与信号光在晶体中的相速度相同，光波到达端面时的相位一致，发生相干增长效应，信号光在腔内多次反射实现非线性效应相互作用增强；
[0016](5)剩余的780nm泵浦光和腔内产生的1560nm压缩光通过谐振腔左侧的平凹透镜凹面出射，其中780nm泵浦光经二向色镜4透射，1560nm压缩光被二向色镜4反射，实现压缩态光场的制备。
[0017]本专利技术相对于现有技术的有益效果：
[0018](1)现有基于普通PPLN晶体的压缩光制备方案为了减小光折变和光损伤效应，通常使用较高的工作温度，由此带来了额外的相位噪声。本专利技术使用5％MgO参杂的PPLN晶体可有效减小光折变和光损伤效应，通过极化周期设计，可以在室温条件下实现相位匹配，有效降低了压缩光制备过程中的相位噪声，有利于高压缩度非经典光的制备；
[0019](2)相较于压缩光源更常用的PPKTP晶体，本专利技术使用的5％MgO参杂的PPLN晶体具有更大的非线性系数，同时其工作温度与PPKTP晶体接近，因此可以有效提高压缩光源的压缩度。
附图说明
[0020]图1是基于PPLN晶体的光参量振荡腔示意图；
[0021]图2是光参量振荡器详细设计参数。
[0022]其中：
[0023]1‑
780nm泵浦光源、2
‑
780nm泵浦光、3
‑
模式匹配透镜、4
‑
二向色镜、5
‑
压电陶瓷驱动器、6
‑
平凹透镜平面、7
‑
平凹透镜、8
‑
平凹透镜凹面、9
‑
晶体第一平面、10
‑
氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体、11
‑
晶体第二平面、12
‑
热电致冷器、13
‑
1560nm压缩光。
具体实施方式
[0024]下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器，其特征在于，包括：5％氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体(10)、平凹透镜(7)、压电陶瓷驱动器(5)、以及热电致冷器(12)；所述压电陶瓷驱动器(5)具有中空结构以便光束通过，所述压电陶瓷驱动器(5)的右侧与平凹透镜(7)的平面粘接，所述压电陶瓷驱动器(5)外加控制电压改变其长度带动平凹透镜(7)运动；所述平凹透镜(7)的凹面右侧设置所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体(10)，所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体(10)安装于热电致冷器(12)上，通过闭环控制系统实现晶体温度温度。2.根据权利要求1所述的基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器，其特征在于，所述平凹透镜(7)的凹面与氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体(10)的右侧平面构成谐振腔，其中所述谐振腔的腔长为30mm；平凹透镜(7)的凹面的曲率半径为
‑
25mm，镀有部分反射膜，镀膜参数为R＝90％@1560nm和R＝20％@780nm；所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体(10)的右侧平面镀有高反射率膜，镀膜参数为R＝99.982％@1560nm和R＝99.975％@780nm。3.根据权利要求2所述的基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器，其特征在于，所述平凹透镜(7)的平面镀有对780nm和1560nm双波长均镀透射率大于99.5％的高透射率膜，所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂晶体(10)的左侧平面镀有T＝0.36％@780nm和T＝0.017％@1560nm双波长高透膜。4.根据权利要求3所述的基于氧化镁参杂周期极化铌酸锂晶体的光参量振荡器，其特征在于，所述氧化镁参杂的周期极化铌酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮，徐小斌，苏宏，宋凝芳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：