光学参量振荡

1、Page 1 光学参量振荡 Page 2 01光学参量振荡器的发展 02光学参量振荡器的原理 03光学参量振荡的互作用方式 04光学参量振荡器的应用 05展望 目录 Page 3 A C B D E 光学参量振荡器的发展 Page 4 把非线性介质放在光学共振腔内，让泵浦 光波、信号光波及空闲光波多次往返通过非 线性介质，当信号光波和空闲光波由于参量 放大得到的增益大于它们在共振腔内的损耗 时，便在共振腔内形成激光振荡，这就是光 学参量振荡器。 光学参量振荡器基本原理 Page 5 对BBO晶体采用类相位匹配，晶体尺寸为7.5x9.5xl4mm， 切割角为=28o。 M2、M3：谐振腔；M1：

2、耦合镜；M4、M5：双色镜。 Page 6 光学参量振荡器种类 Page 7 光学参量放大器与光参量振荡器的比较 3 1 1 2 213 3 1 2 213 Page 8 光学参量振荡的互作用方式 单共振光学参量振荡器：光学参量振荡器对信号频率 或空闲频率其中一个频率共振。 图5.1 单谐振光学参量振荡器 Page 9 单谐振光学参量振荡器的反射镜与腔体 的设计容易、转换效率较好，泵浦光通过 非线性晶体，所产生的信号光与空闲光就 会在泵浦光的方向得到增强，输出比较稳 定，但是阈值较高，只能用脉冲激光器做 泵浦源。 单共振光学参量振荡器 Page 10 双共振光学参量振荡器：光学参量振荡器同时对

3、信号 频率和空闲频率共振。 图5.3 双谐振光学参量振荡器 Page 11 在双谐振条件下，信号光和空闲光同 时在光学腔内谐振，因而明显降低了阈值。 但是此腔型受腔长、温度及机械原因的影 响很大；而且输出光的振幅和频率不稳定， 使输出激光的稳定性很差。可用连续和脉 冲激光去作为泵浦源，双谐振振荡器结构 多用于连续光学参量振荡器系统。 双共振光学参量振荡器 Page 12 总结： 单共振光参量振荡器因为只有信号波或者是空闲波 腔内振荡，没有不同波长的激光模式竞争，因而功率 和输出的稳定性好于双共振光参量振荡，成为光学参 量振荡器普遍采用的工作方式，而且单共振光参量振 荡器阈值比双共振光参量振荡高

4、。 泵浦光除了采用单程泵浦和双程泵浦外，还 可以采用环形腔结构。环形腔光学参量振荡器能更进 一步降低激光阈值，提高转化效率。 Page 13 光学参量振荡器的应用 其一，是控制激光器输出的辐照量，对于任何波长 的激光器，只要其输出不超过最大允许照量，就可以保 证人眼的安全,但必然要以牺牲激光器的作用距离为代 价。 其二，就是选择人眼安全波长。上世纪80年代中期 至今，1.54m-1.57m人眼安全激光技术得到了迅速地 发展。 人眼安全问题的解决有两个途径： 实现人眼安全激光的途径主要有三种：受激喇曼频移、 光参量振荡、新材料固体激光技术。 Page 14 实现人眼安全激光的途径比较 Page

5、15 M1：1.06mm全反射；全反射；M2：1.06mm增透，在增透，在1.57m1.57m全反；全反；M3M3： 1.06m1.06m全反，全反，1.57m1.57m部分透过；部分透过；Nd:YAGNd:YAG激光棒：两通光面镀激光棒：两通光面镀 1.06m1.06m增透膜；增透膜；KTPKTP：两通光面镀：两通光面镀1.06m1.06m和和1.57m1.57m增透膜；调增透膜；调Q Q 片：片：CrCr：YAGYAG晶体；能量计测得输出光的能量。晶体；能量计测得输出光的能量。 1.57m m人眼安全激光 Page 16 1.57m人眼安全光学参量振荡器是将Nd:YAG激光器 对人眼不安全

6、的1.06m激光波长通过参量变换转换 到1.57m波长。 1.57m激光对人眼的允许曝光量是1.06mNd:YAG激 光的40倍，也较其他人眼安全波长激光更为安全。 1.57m人眼安全波长阈值低、转换效率高，高重复 频率等特点,而且体积小，重量轻,可靠性高，容易 获得较大输出能量，能满足军事上要求。 Page 17 基态电子吸收一个光子后跃迁到最高虚能级。 该电子通过双光子辐射过程而回到基态。存 在的 场增强了这一过程的发生。事实上， 即使不存在 激光，这一双光子辐射过程还 是能发生的（通过自发辐射过程），只不过 此时产生的场要弱得多。 将非线性晶体放在一个谐振腔中，利用差频 产生，就构成了能

7、将场放大的光学参量振荡 器。 2 2 Page 18 光学参量振荡器：光学参量振荡器：将非线性晶体放在一个谐振腔中，利用 差频产生，就构成了能将场放大的光学参量振荡器。光学 参量振荡器主要用于产生红外激光。由于对于任何小于泵 浦光的频率，总能满足，因此光学参量振荡器是可以调谐 的。在实际应用过程中，可通过调整位相匹配条件来实现 调谐。 Page 19 A、B、C代表输出镜透过率分别为57%、78%、65%时在不同电压下 OPO输出能量的曲线。 在透过率为65%时激光输出能量在三者中较高，所以输出镜透过率 T=65%被确定为该0P0输出镜的透过率。 实验结果 Page 20 1.Nd:YAG1.

8、Nd:YAG激光棒：两通光面镀激光棒：两通光面镀1.06m1.06m增透膜；增透膜； 2.Cr2.Cr：YAGYAG：两通光面镀：两通光面镀1.06m1.06m增透膜增透膜 3.3.四面体棱镜四面体棱镜 4.KTP4.KTP：入射通光面镀：入射通光面镀1.06mm增透和增透和1.57m1.57m全反膜；全反膜； 5.5.耦合输出镜：内表面镀耦合输出镜：内表面镀1.06m1.06m全反膜和全反膜和1.57m1.57m部分反射膜；部分反射膜； 外表面镀外表面镀1.57m1.57m增透膜。增透膜。 在跟踪制导瞄准镜中的应用 Page 21 红外干扰机 澳大利亚军方研制的一套红外干扰系统，采用的红外干

9、 扰光源为全固态激光器泵浦的光学参量振荡器。 Page 22 激光能很好地满足光源效率高、体积小、重 量轻、寿命长、工作稳定、发射波长与导弹 红外探测器的工作波长相匹配等要求。 绝大部分红外制导导弹的探测器波段范围1- 3m、3-5m、8-14m。 红外干扰机：发出经过调制的红外脉冲，使 来袭导弹产生虚假跟踪信号，从而失控而脱 靶。 Page 23 展望 光学参量振荡器是一种具有极大潜力的宽带调谐激光 源，它的发展趋势是拓宽波段；调谐范围；改进泵浦源的 性能与泵浦方式，提高参量转换效率；寻求新型非线性光 学晶体材料提高光学参量振荡器的性能，实现光学参量振 荡器的小型化和全固化，进一步扩大光学参量振荡器的应 用范围。 由于双共振光学参量振荡器存在着频率不稳定的限制， 所以单共振光学参量振荡器是实用化的发展方向，新型周 期极化晶体