一種基于禁帶反射的啁啾脈衝壓縮器的製作方法
2023-05-31 08:27:16 3
專利名稱：一種基于禁帶反射的啁啾脈衝壓縮器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光通信器件或高功率雷射器件，特別涉及一種利用周期性微結構材料的禁帶反射特性實現對啁啾脈衝的壓縮。
背景技術：
高重複率超短光脈衝是高速光通信系統的關鍵。色散效應導致的超短脈衝展寬是高速通信系統誤碼率增加的主要原因之一。常用色散補償方案有:斜率補償型色散補償光纖(DCF)和啁啾布拉格光纖光柵(FBG)。斜率補償型色散補償光纖(DCF)的優點是帶寬不受限制，穩定性高。DCF的缺點是非線性效應較明顯，輸入光功率不能過高，插入損耗較大；啁啾布拉格光纖光柵(FBG),器件緊湊、插入損耗小,可以控制其色散斜率與傳輸光纖較好地匹配。但是，目前FBG產品的相位特性平滑度還不能令人滿意，它對光信號波長以及光譜線寬要求也比較嚴格。啁啾脈衝放大系統是獲得超高功率雷射脈衝的主要技術途徑之一。常用的方案有:稜鏡對、啁啾鏡、光柵對。稜鏡對結構簡單，但高階色散較大，因此採用該技術的鎖模雷射振蕩器通常所能得到的光譜最寬也只有幾十納米；啁啾鏡的各階色散量可以通過調整其結構人為控制，但其二階色散量難以做大；光柵對色散量可以做大，但受限於工藝其口徑難以做大，且損傷閾值較低。我們提出的基於周期性微結構材料的禁帶反射特性的脈衝壓縮器，插入損耗低。應用於光通信系統色散補償時，器件體積可以做得很小巧便於光路集成；應用於高功率雷射系統時，純介質結構的反射式脈衝壓縮器的損傷閾值高，而且器件口徑可以適當做大，進一步以降低器件承受的功率密度。
發明內容
本發明要解決的問題是，通過適當選取周期性微結構材料的原胞，得到所需的禁帶波阻抗，通過入射角及反射次數調控色散量，實現啁啾脈衝壓縮。本發明的技術解決方案如下:—種脈衝壓縮器，由周期性微結構材料組成，其特徵在於利用周期性微結構材料的禁帶將入射啁啾脈衝全部反射，頻譜無損失；其反射波位相可通過周期性微結構材料的等效阻抗及脈衝入射角來調控；總色散量可以通過增加反射次數線性增加，最終實現色散量可調的無損高效率啁啾脈衝壓縮。單次反射的色散量由周期性微結構材料的等效阻抗及脈衝入射角決定。
總色散量由單次色散量與總反射次數決定。下面結合附圖和實施例對本發明的特點和性能做進一步詳細說明，並構成本說明書的一部分。
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圖1為本發明啁啾脈衝壓縮器的結構示意圖。圖2為本發明啁啾脈衝壓縮器單元之三種周期性的微結構示例。圖3為本發明啁啾脈衝壓縮器單元之四種具有不同單次色散量的反射端面。
具體實施例方式以下結合附圖和實例對本發明作詳細說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。圖1為發明的具體實施例，由一維光子晶體2和出射面5組成。一維光子晶體2由兩種不同電介質交替排列而成，介質折射率分別為na=l.5和n b=2.4，厚度為0.718 λ /Iii，其中λ為入射波長，ni (i=a或者b)為對應介質折射率。出射面5為一維光子晶體2的元胞。對於本示例，如果入射脈衝的中心波長λ =1053 nm，半高全寬為30 nm，啁啾量為C= - 5，在垂直入射情況下，反射900次入射脈衝由44 fs壓縮到22 fs。由於本例採用一維光子晶體結構，其在垂直入射情況下的等效阻抗可調範圍不大，且單次色散量較小，如果換用二維和三維結構斜入射，單次反射色散量會大大增加。
權利要求
1.一種啁啾脈衝壓縮器，由周期性微結構材料組成，其特徵在於利用周期性微結構材料的禁帶將入射啁啾脈衝全部反射，頻譜無損失；其反射波位相可通過周期性微結構材料的等效阻抗及脈衝入射角來調控；總色散量可以通過增加反射次數線性增加，最終實現色散量可調的無損高效率脈衝壓縮。
2.根據權利要求1所述的脈衝壓縮器，其特徵在於構造所述脈衝壓縮器的材質是金屬或電介質，具體可根據其應用需求如損傷閾值、色散量及能量損耗等適當選擇。
3.根據權利要求1所述的脈衝壓縮器，其特徵在於總的壓縮量由周期性微結構材料的原胞的選取、入射角以及總的反射次數確定。
4.根據權利要求1所述的脈衝壓縮器，其特徵在於所述周期性微結構材料的原胞的選取可以改變周期性微結構材料的波阻抗，從而調控入射啁啾脈衝單次反射後的啁啾量。
5.根據權利要求1所述的脈衝壓縮器，其特徵在於其空間周期性結構可以是空間一維周期結構、空間二維周期結構和空間三維周期結構。
6.根據權利要求5所述的啁啾脈衝壓縮器，其特徵在於所述周期性結構的晶格常數由工作波長確定。
全文摘要
本發明公開了一種光通信系統和高功率雷射系統中的色散控制器件——啁啾脈衝壓縮器。這種脈衝壓縮器由周期性微結構材料(一維、二維、三維)組成，其特徵在於利用周期性微結構材料的禁帶反射特性壓縮入射脈衝。脈衝壓縮量由微結構材料的禁帶波阻抗(它決定單次壓縮量)、入射角以及反射次數調控。通過選擇周期性微結構材料的原胞，調控微結構器件的禁帶波阻抗，從而實現基于禁帶反射的脈衝壓縮器，通過調控啁啾脈衝的入射角以及反射次數進而控制總的壓縮量。關鍵在於合理選取微結構材料的最小組成單元。經該脈衝壓縮器壓縮後輸出的脈衝頻譜無損失，脈衝壓縮器的損傷閾值功率與微結構器件的組成介質的選取有關。
文檔編號H01S3/10GK103116240SQ20121053567
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者唐志祥, 宋東謨, 文雙春, 範滇元 申請人:湖南大學