激光技术OPO

光学参量振荡器 OPO OpticalParametricOscillator 光学参量放大效应 考查当一种频率较低的弱信号光束与另一种频率较高的强泵浦 激励 光束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 以上这种非线性光学效应 称为光学参量放大效应 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 OPO OpticalParametricOscillator 的工作原理 单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 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有效二次非线性电极化系数因子成正比 此外与入射泵浦光的振幅 或光强的开方 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损耗因子均为 而共振腔输出反射镜对上述两种光的反射率均为R 另一端反射镜为全反射 此外设共振腔镜对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 振荡阈值条件还可改写为 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Z为给定的情况下 只有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参量振荡作用 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的光子 光学参量放大与振荡效应的量子跃迁过程图解 相位匹配 从辐射的量子观点引入相位匹配的条件 光子能量为 动量 能量守恒 动量守恒 又由 若三波波矢共线 则有 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 因而可以通过改变泵浦光的折射率使频率作相应的变化 以满足相位匹配条件 改变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夹角 角度调谐 或改变晶体的温度 温度调谐 等实现 光参量振荡器的最大特点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 角度调谐 温度调谐 ADP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 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 双共振光学参量振荡器 DRO 角度调谐尺寸小