[发明专利]一种相位敏感光学参量放大器及其运行方法

说明书

本发明为一种相位敏感光学参量放大器及其运行方法，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。本发明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。

技术领域

本发明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及其运行方法，用于实现调相信号的振幅放大与相位再生。

背景技术

相位敏感光学参量放大器(Optical Phase-sensitive Amplifier OPSA)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。

发明内容

本发明的目的是设计一种相位敏感光学参量放大器及其运行方法，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。本发明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。

本发明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k_s＝(k_p1+k_p2)/2)，k_s,k_p1和k_p2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。