《激光技术OPO》PPT课件.ppt

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1、光学参量振荡器光学参量振荡器(OPO,Optical Parametric Oscillator)光学参量放大效应光学参量放大效应 考查当一种考查当一种频率较低的弱信号光束频率较低的弱信号光束与另一种与另一种频率较高的强泵浦频率较高的强泵浦(激励激励)光束光束同时入射到非线性介质内时将要产生的情况同时入射到非线性介质内时将要产生的情况 理论分析与实验研究均已表明，此情况下在通过介质后，弱的入射信号理论分析与实验研究均已表明，此情况下在通过介质后，弱的入射信号将得到放大，强的泵浦光将有所减弱，与此同时，非线性介质还将辐射出频将得到放大，强的泵浦光将有所减弱，与此同时，非线性介质还将辐射出频率等于

2、上述两入射光频率之差的第三种相干光，一般称之为率等于上述两入射光频率之差的第三种相干光，一般称之为闲频光闲频光以上这以上这种非线性光学效应，称为种非线性光学效应，称为光学参量放大效应光学参量放大效应 光学参量振荡光学参量振荡 在光学参量放大器的基础上，如果进一步采用光学反馈装置在光学参量放大器的基础上，如果进一步采用光学反馈装置共振腔共振腔，则在参量放大作用大于腔内各种损耗作用的条件下，可同时在则在参量放大作用大于腔内各种损耗作用的条件下，可同时在 和和 频率处产生相干光振荡，这就是我们下面讨论的光学参量振荡器频率处产生相干光振荡，这就是我们下面讨论的光学参量振荡器(OPO,Optical P

3、arametric Oscillator)的工作原理的工作原理 单共振参量振荡器示意图单共振参量振荡器示意图双共振参量振荡器示意图双共振参量振荡器示意图光学参量放大和振荡的条件光学参量放大和振荡的条件 参量放大作用的指数增益因子：参量放大作用的指数增益因子：参量放大过程的增益因子与参量放大过程的增益因子与有效二次非线性电极化系数因子有效二次非线性电极化系数因子成成正比，此外与正比，此外与入射泵浦光的振幅入射泵浦光的振幅(或光强的开方或光强的开方)成正比成正比.对光学参量振荡系统来说，设腔内非线性介质对信号光和闲频光的对光学参量振荡系统来说，设腔内非线性介质对信号光和闲频光的损耗因子均为损耗因子

4、均为 ，而共振腔，而共振腔输出反射镜对上述两种光的反射率均为输出反射镜对上述两种光的反射率均为R(R(另另一端反射镜为全反射一端反射镜为全反射)，此外设共振腔镜对，此外设共振腔镜对入射泵浦光有较高的透过率入射泵浦光有较高的透过率，则光学参量振荡的阈值条件可表为：则光学参量振荡的阈值条件可表为：振荡阈值条件还可改写为：振荡阈值条件还可改写为：阈值条件的最后表示：阈值条件的最后表示：公式的物理意义是，在非线性介质及作用长度公式的物理意义是，在非线性介质及作用长度Z Z为给定的情况下，只为给定的情况下，只有有当外界入射泵浦光超过一定阈值当外界入射泵浦光超过一定阈值时，才有可能在共振腔内形成持续的时，

5、才有可能在共振腔内形成持续的参量振荡作用参量振荡作用 光学参量效应的物理解释光学参量效应的物理解释 基元过程理解为可分两个步骤来完成：过程的第一步，涉及到一个能量基元过程理解为可分两个步骤来完成：过程的第一步，涉及到一个能量为为 的泵浦光子的湮灭，而介质的某一个分子离开初始能级跃迁到由虚能的泵浦光子的湮灭，而介质的某一个分子离开初始能级跃迁到由虚能级表示的中间状态；过程的第二步，是处于中间状态的分子立刻回到初始能级表示的中间状态；过程的第二步，是处于中间状态的分子立刻回到初始能级并同时辐射出二个能量分别为级并同时辐射出二个能量分别为 的光子的光子 虚能级虚能级基能级基能级光学参量放大与振荡效应

6、的量子跃迁过程图解相位匹配相位匹配从辐射的量子观点引入相位匹配的条件：从辐射的量子观点引入相位匹配的条件：光子能量为光子能量为 ，动量，动量能量守恒：能量守恒：动量守恒：动量守恒：又由又由若三波波矢共线，则有：若三波波矢共线，则有：参量振荡器的频率调谐参量振荡器的频率调谐 可见，信号光和空闲光的频率依赖于泵浦光的折射率，因而可以通过可见，信号光和空闲光的频率依赖于泵浦光的折射率，因而可以通过改变改变泵浦光的折射率泵浦光的折射率使使 频率作相应的变化，以满足相位匹配条件频率作相应的变化，以满足相位匹配条件.改变改变泵浦光的折射率泵浦光的折射率的方法，可以通过改变泵浦光与非线性晶体之间的方法，可以

7、通过改变泵浦光与非线性晶体之间的夹角（的夹角（角度调谐角度调谐），或改变晶体的温度（），或改变晶体的温度（温度调谐温度调谐）等实现）等实现.光参量振荡器的光参量振荡器的最大特点最大特点是其输出频率可以在一定范围内连续改变，是其输出频率可以在一定范围内连续改变，不同的非线性介质和不同的泵浦源，可以得到不同的调谐范围不同的非线性介质和不同的泵浦源，可以得到不同的调谐范围.角度调谐角度调谐角度调谐角度调谐温度调谐温度调谐温度调谐温度调谐ADP晶体信号光频率随角度的变化曲线晶体信号光频率随角度的变化曲线LiNbO3参量振荡器中信号光与空闲光的温度调谐曲线参量振荡器中信号光与空闲光的温度调谐曲线 VIB

8、RANT B 355 II VIBRANT Model 355 II Layout1.Brilliant B Laser 2.1064 nm reflector 3.1064 nm waveplate 4.Second Harmonic Generator(SHG)5.355 nm rejector 6.Third Harmonic Generator(THG)7.X4 355 nm reflectors(Harmonic seperation block)8.355 nm reflector 9.OPO 10.Cube polarizer 11.UV module 12.Beam Guide

9、r(wavelength seperation)13.1064 nm reflector(removable)14.532 nm reflector(removable)15.355 nm reflector(removable)1 13 34 42 25 52 23 3Brilliant BBrilliant BOPOOPOUV moduleUV module4 46 67 78 89 9101011111212131314141515The Arrow TM OPO1064nm532nm1064nm二倍频三倍频空闲光（Idler）1064nm532nm二向色镜355nm泵浦光OPO355nm信号光（Signal）UV1(210-245nm）UV2(245-355nm）二倍频双共振光学参量振荡器双共振光学参量振荡器（DRO）角度调谐角度调谐尺寸小，易于校准和操作尺寸小，易于校准和操作IdlerSignal泵浦光：泵浦光：e光光 355nm信号光：信号光：o光光 410nm-710nm闲频光：闲频光：e光光 710nm-2400nmBBO OPO Tuning Curve