基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，涉及非线性光学领域，具体涉及一种基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统。本发明专利技术是为了解决现有技术光子的量子频率变换效率过低、设备成本过高的问题。本发明专利技术包括激光器、1/2波片、偏振分光棱镜、反射镜、一号1/4波片、q‑plate、二号1/4波片、一号透镜、二号透镜、BBO晶体、光功率计。光信号经过q‑plate后进入由一号透镜和二号透镜构成的4f系统，将经过q‑plate发散的光进行汇聚，使其更有效地传输到BBO晶体以提高量子频率转换的效率。

An imaging system for increasing nonlinear optical efficiency based on 4f principle

The invention provides an imaging system for increasing optical nonlinear efficiency based on the principle of 4f, relating to the field of nonlinear optics, in particular to an imaging system that increases the optical nonlinear efficiency based on the 4f principle. The invention aims to solve the problem that the quantum frequency conversion efficiency of the photon is too low and the equipment cost is too high in the prior art. The invention comprises a laser, a 1/2 wave plate and a polarizing beam splitter prism, a reflector, 1/4, Q, plate, plate No. two 1/4 wave plate, one lens and two lens, BBO lens, optical power meter. The light signal through the Q plate into the 4f system composed of one lens and two lens, through Q plate divergent light together, making it more efficient to transfer to the BBO crystal in order to improve the efficiency of quantum frequency conversion.

【技术实现步骤摘要】
基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统
本专利技术涉及非线性光学领域，具体涉及一种基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统。
技术介绍
轨道角动量光束在微小粒子控制，基础物理研究以及精密测量等领域有着广泛的应用。利用轨道角动量编码对光信息处理已成为经典和量子通信领域的研究热点。在量子通信中，光子作为其信息的载体需在低损耗窗口中传输。但是，作为信息传输的物理体系，其工作波长却不在相同窗口。因此，有必要在二者之间建立量子接口来实现信息的远距离传输。在量子信息存储中，由于光子的轨道角动量自由度可以构建无限维的正交基矢空间，将信息编码在光子的轨道角动量自由度可提高通信系统的信道容量。正因于此，光脉冲信号可被编码于轨道角动量空间实现高维度的编码，制备高维量子态，增大量子通道的容量。但是，信息存储和处理的物理体系，工作波长往往存在于不同窗孔。因此，需在它们之间建立量子接口实现信息的存储和处理。非线性过程的光子频率变换是建立量子接口的一种行之有效的方法。此外，非线性过程还可以扩展轨道角动量波长的覆盖范围，实现轨道角动量光束在不同波长下的转换。其中，量子频率变换的关键是对变频材料的选取和对转换效率的提升。在选取好合适的变频材料后，增加系统的非线性光学效率便成为量子频率转换的关键。目前，有较多的提高非线性过程的光子频率变换方法，如：利用较长的准相位匹配晶体法，外腔共振法等。但这些方法其实际的转换效率并不理想，同时设备成本高昂。因此，有必要提出新型系统结构，实现高效率的量子频率变换过程。
技术实现思路
本专利技术的实施实例提供了一种基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，是为了解决现有技术量子频率转换效率不理想及现有技术成本过高的问题。为达上述目的，本专利技术实施实例采用如下技术方案：提供了一种基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，该成像系统包括激光器（1）、1/2波片（2）、偏振分光棱镜（3）、反射镜（4）、一号1/4波片（5）、q-plate（6）、二号1/4波片（7）、一号透镜（8）、二号透镜（9）、BBO晶体（10）、光功率计（11）；其中，1/2波片（2）位于激光器（1）与偏振分光棱镜（3）之间，且三者位于同一直线位置，且正交于偏振分光棱镜（3）与反射镜（4），反射镜（4）后依次放置一号1/4波片（5）、q-plate（6）、二号1/4波片（7）、一号透镜（8）、二号透镜（9）、BBO晶体（10）、光功率计（11），且它们位于同一直线位置，且正交于偏振分光棱镜（3）和反射镜（4），其中，q-plate（6）与一号透镜（8）相距30cm，一号透镜（8）与二号透镜（9）相距60cm，二号透镜（9）与BBO晶体（10）相距30cm。所述的激光器（1）为飞秒激光器，其功率为600mw，重频为80MHz，输出光中心波长为795nm，且输出光为线偏振光。所述的1/2波片（2）为空气隙零级波片，且工作波长为800nm，且表面镀有宽带增透膜。所述的偏振分光棱镜（3）的分光比为50%:50%，其表面镀有宽带增透膜。所述的反射镜（4）表面镀有宽带增透膜。所述的一号1/4波片（5）、二号1/4波片（7）均为空气隙零级波片，工作波长为800nm，且二者表面均镀有宽带增透膜。所述的q-plate（6）上所加电压为2.18V，且q-plate表面镀有宽带增透膜。所述的一号透镜（8）与二号透镜（9）的焦距均为30cm，且一号透镜（8）与二号透镜（9）表面均镀有宽带增透膜。所述的BBO晶体（10）厚度为500μm，切角为30.4°，且表面镀有宽带增透膜。本专利技术专利提供了一种基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，该成像系统改善了现有技术光子的量子频率变换效率过低、设备成本过高的问题。本专利技术的有益效果是：利用准相位匹配的周期性非线性晶体是实现轨道角动量光子频率变换的有效途径。原因在于相位匹配晶体具有较高的有效非线性系数，在相互作用过程中光束没有离散效应。但由于轨道角动量光束有较大的发散角，传输距离长，光斑尺寸变化较大，非线性晶体的非线性效率受限于光束的能量密度。目前，多采用较长的晶体来提高光学非线性效率。但较长晶体在制备和使用中存在一些不便，同时其制作成本会有所提高。本专利技术在q-plate后放置一号透镜与二号透镜，构成4f系统，光信号在经过q-plate后发生扩散，再经过4f系统后产生汇聚，可使其光信号有效传输到BBO晶体上，实现高效的角动量光子频率变换。光路系统中通过添加透镜提高光子角动量频率转换效率，成本低廉，效果理想。附图说明图1为一种基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统。具体实施方式下面结合说明书附图进一步说明本专利技术的具体实施方式。如图1，本实施方式所述的一种基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，它包括激光器（1）、1/2波片（2）、偏振分光棱镜（3）、反射镜（4）、一号1/4波片（5）、q-plate（6）、二号1/4波片（7）、一号透镜（8）、二号透镜（9）、BBO晶体（10）、光功率计（11）；其中，1/2波片（2）位于激光器（1）与偏振分光棱镜（3）之间，且三者位于同一直线位置，且正交于偏振分光棱镜（3）与反射镜（4），反射镜（4）后依次放置一号1/4波片（5）、q-plate（6）、二号1/4波片（7）、一号透镜（8）、二号透镜（9）、BBO晶体（10）、光功率计（11），且它们位于同一直线位置，且正交于偏振分光棱镜（3）和反射镜（4），其中，q-plate（6）与一号透镜（8）相距30cm，一号透镜（8）与二号透镜（9）相距60cm，二号透镜（9）与BBO晶体（10）相距30cm。所述的激光器（1）为飞秒激光器，其功率为600mw，重频为80MHz，输出光中心波长为795nm，且输出光为线偏振光。所述的1/2波片（2）为空气隙零级波片，且工作波长为800nm，且表面镀有宽带增透膜。所述的偏振分光棱镜（3）的分光比为50%:50%，其表面镀有宽带增透膜。所述的反射镜（4）表面镀有宽带增透膜。所述的一号1/4波片（5）、二号1/4波片（7）均为空气隙零级波片，工作波长为800nm，且二者表面均镀有宽带增透膜。所述的q-plate（6）上所加电压为2.18V，且q-plate表面镀有宽带增透膜。所述的一号透镜（8）与二号透镜（9）的焦距均为30cm，且一号透镜（8）与二号透镜（9）表面均镀有宽带增透膜。所述的BBO晶体（10）厚度为500μm，切角为30.4°，且表面镀有宽带增透膜。工作原理：基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统：搭建好光路后，由激光器发射出的飞秒线偏振光束经过1/2波片调节偏振方向后通过偏振分光棱镜反射所得输出功率为600mW的线偏振光，经过反射镜调整光束传播方向，通过调节1/4波片角度，得到圆偏振光，再通过q-plate得到轨道角动量光束，通过对q-plate加2.18V的电压得到理想的轨道角动量光束转化效率，经过1/4波片变回线偏振光，随之通过一号透镜与二号透镜组成的4f系统，将q-plate上的像成到BBO非线性晶体上，再调节BBO晶体角度，得到倍频光。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，其特征在于：它包括激光器（1）、1/2波片（2）、偏振分光棱镜（3）、反射镜（4）、一号1/4波片（5）、q‑plate（6）、二号1/4波片（7）、一号透镜（8）、二号透镜（9）、BBO晶体（10）、光功率计（11）；其中，1/2波片（2）位于激光器（1）与偏振分光棱镜（3）之间，且三者位于同一直线位置，且正交于偏振分光棱镜（3）与反射镜（4），反射镜（4）后依次放置一号1/4波片（5）、q‑plate（6）、二号1/4波片（7）、一号透镜（8）、二号透镜（9）、BBO晶体（10）、光功率计（11），且它们位于同一直线位置，且正交于偏振分光棱镜（3）和反射镜（4），其中，q‑plate（6）与一号透镜（8）相距30cm，一号透镜（8）与二号透镜（9）相距60cm，二号透镜（9）与BBO晶体（10）相距30cm。

【技术特征摘要】
1.基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，其特征在于：它包括激光器（1）、1/2波片（2）、偏振分光棱镜（3）、反射镜（4）、一号1/4波片（5）、q-plate（6）、二号1/4波片（7）、一号透镜（8）、二号透镜（9）、BBO晶体（10）、光功率计（11）；其中，1/2波片（2）位于激光器（1）与偏振分光棱镜（3）之间，且三者位于同一直线位置，且正交于偏振分光棱镜（3）与反射镜（4），反射镜（4）后依次放置一号1/4波片（5）、q-plate（6）、二号1/4波片（7）、一号透镜（8）、二号透镜（9）、BBO晶体（10）、光功率计（11），且它们位于同一直线位置，且正交于偏振分光棱镜（3）和反射镜（4），其中，q-plate（6）与一号透镜（8）相距30cm，一号透镜（8）与二号透镜（9）相距60cm，二号透镜（9）与BBO晶体（10）相距30cm。2.根据权利要求1所述的基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，其特征在于：所述的激光器（1）为飞秒激光器，其功率为600mw，重频为80MHz，输出光中心波长为795nm，且输出光为线偏振光。3.根据权利要求1所述的基于4f原理的增加光学非线性效率的成像系统，其特征在于：所述的1/2...

【专利技术属性】
技术研发人员：常宁，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23