激光技術(shù)OPO.ppt

光學(xué)參量振蕩器(OPO,OpticalParametricOscillator),光學(xué)參量放大效應(yīng),考查當(dāng)一種頻率較低的弱信號(hào)光束與另一種頻率較高的強(qiáng)泵浦(激勵(lì))光束同時(shí)入射到非線性介質(zhì)內(nèi)時(shí)將要產(chǎn)生的情況理論分析與實(shí)驗(yàn)研究均已表明，此情況下在通過(guò)介質(zhì)后，弱的入射信號(hào)將得到放大，強(qiáng)的泵浦光將有所減弱，與此同時(shí)，非線性介質(zhì)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(chēng)之為閑頻光以上這種非線性光學(xué)效應(yīng)，稱(chēng)為光學(xué)參量放大效應(yīng),光學(xué)參量振蕩,在光學(xué)參量放大器的基礎(chǔ)上，如果進(jìn)一步采用光學(xué)反饋裝置共振腔，則在參量放大作用大于腔內(nèi)各種損耗作用的條件下，可同時(shí)在和頻率處產(chǎn)生相干光振蕩，這就是我們下面討論的光學(xué)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(xué)參量放大和振蕩的條件,參量放大作用的指數(shù)增益因子：,參量放大過(guò)程的增益因子與有效二次非線性電極化系數(shù)因子成正比，此外與入射泵浦光的振幅(或光強(qiáng)的開(kāi)方)成正比.,對(duì)光學(xué)參量振蕩系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，設(shè)腔內(nèi)非線性介質(zhì)對(duì)信號(hào)光和閑頻光的損耗因子均為，而共振腔輸出反射鏡對(duì)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(shè)共振腔鏡對(duì)入射泵浦光有較高的透過(guò)率，則光學(xué)參量振蕩的閾值條件可表為：,振蕩閾值條件還可改寫(xiě)為：,閾值條件的最后表示：,公式的物理意義是，在非線性介質(zhì)及作用長(zhǎng)度Z為給定的情況下，只有當(dāng)外界入射泵浦光超過(guò)一定閾值時(shí)，才有可能在共振腔內(nèi)形成持續(xù)的參量振蕩作用,光學(xué)參量效應(yīng)的物理解釋,基元過(guò)程理解為可分兩個(gè)步驟來(lái)完成：過(guò)程的第一步，涉及到一個(gè)能量為的泵浦光子的湮滅，而介質(zhì)的某一個(gè)分子離開(kāi)初始能級(jí)躍遷到由虛能級(jí)表示的中間狀態(tài)；過(guò)程的第二步，是處于中間狀態(tài)的分子立刻回到初始能級(jí)并同時(shí)輻射出二個(gè)能量分別為的光子,光學(xué)參量放大與振蕩效應(yīng)的量子躍遷過(guò)程圖解,相位匹配,從輻射的量子觀點(diǎn)引入相位匹配的條件：光子能量為，動(dòng)量,能量守恒：,動(dòng)量守恒：,又由,若三波波矢共線，則有：,參量振蕩器的頻率調(diào)諧,可見(jiàn)，信號(hào)光和空閑光的頻率依賴(lài)于泵浦光的折射率，因而可以通過(guò)改變泵浦光的折射率使頻率作相應(yīng)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(guò)改變泵浦光與非線性晶體之間的夾角（角度調(diào)諧），或改變晶體的溫度（溫度調(diào)諧）等實(shí)現(xiàn).,光參量振蕩器的最大特點(diǎn)是其輸出頻率可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，不同的非線性介質(zhì)和不同的泵浦源，可以得到不同的調(diào)諧范圍.,角度調(diào)諧,溫度調(diào)諧,ADP晶體信號(hào)光頻率隨角度的變化曲線,LiNbO3參量振蕩器中信號(hào)光與空閑光的溫度調(diào)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(xué)參量振蕩器（DRO）角度調(diào)諧尺寸小，