激光技術OPO.ppt

光學參量振蕩器(OPO,OpticalParametricOscillator),光學參量放大效應,考查當一種頻率較低的弱信號光束與另一種頻率較高的強泵浦(激勵)光束同時入射到非線性介質內時將要產生的情況理論分析與實驗研究均已表明，此情況下在通過介質后，弱的入射信號將得到放大，強的泵浦光將有所減弱，與此同時，非線性介質還將輻射出頻率等于上述兩入射光頻率之差的第三種相干光，一般稱之為閑頻光以上這種非線性光學效應，稱為光學參量放大效應,光學參量振蕩,在光學參量放大器的基礎上，如果進一步采用光學反饋裝置共振腔，則在參量放大作用大于腔內各種損耗作用的條件下，可同時在和頻率處產生相干光振蕩，這就是我們下面討論的光學參量振蕩器(OPO,OpticalParametricOscillator)的工作原理,單共振參量振蕩器示意圖,雙共振參量振蕩器示意圖,光學參量放大和振蕩的條件,參量放大作用的指數增益因子：,參量放大過程的增益因子與有效二次非線性電極化系數因子成正比，此外與入射泵浦光的振幅(或光強的開方)成正比.,對光學參量振蕩系統(tǒng)來說，設腔內非線性介質對信號光和閑頻光的損耗因子均為，而共振腔輸出反射鏡對上述兩種光的反射率均為R(另一端反射鏡為全反射)，此外設共振腔鏡對入射泵浦光有較高的透過率，則光學參量振蕩的閾值條件可表為：,振蕩閾值條件還可改寫為：,閾值條件的最后表示：,公式的物理意義是，在非線性介質及作用長度Z為給定的情況下，只有當外界入射泵浦光超過一定閾值時，才有可能在共振腔內形成持續(xù)的參量振蕩作用,光學參量效應的物理解釋,基元過程理解為可分兩個步驟來完成：過程的第一步，涉及到一個能量為的泵浦光子的湮滅，而介質的某一個分子離開初始能級躍遷到由虛能級表示的中間狀態(tài)；過程的第二步，是處于中間狀態(tài)的分子立刻回到初始能級并同時輻射出二個能量分別為的光子,光學參量放大與振蕩效應的量子躍遷過程圖解,相位匹配,從輻射的量子觀點引入相位匹配的條件：光子能量為，動量,能量守恒：,動量守恒：,又由,若三波波矢共線，則有：,參量振蕩器的頻率調諧,可見，信號光和空閑光的頻率依賴于泵浦光的折射率，因而可以通過改變泵浦光的折射率使頻率作相應的變化，以滿足相位匹配條件.,改變泵浦光的折射率的方法，可以通過改變泵浦光與非線性晶體之間的夾角（角度調諧），或改變晶體的溫度（溫度調諧）等實現.,光參量振蕩器的最大特點是其輸出頻率可以在一定范圍內連續(xù)改變，不同的非線性介質和不同的泵浦源，可以得到不同的調諧范圍.,角度調諧,溫度調諧,ADP晶體信號光頻率隨角度的變化曲線,LiNbO3參量振蕩器中信號光與空閑光的溫度調諧曲線,VIBRANTB355II,VIBRANTModel355IILayout,1.BrilliantBLaser2.1064nmreflector3.1064nmwaveplate4.SecondHarmonicGenerator(SHG)5.355nmrejector6.ThirdHarmonicGenerator(THG)7.X4355nmreflectors(Harmonicseperationblock)8.355nmreflector9.OPO10.Cubepolarizer11.UVmodule12.BeamGuider(wavelengthseperation)13.1064nmreflector(removable)14.532nmreflector(removable)15.355nmreflector(removable),TheArrowTMOPO,雙共振光學參量振蕩器（DRO）角度調諧尺寸小，