9_光学参量过程.
光学专业英语词汇总结
光纤 包层
Perfect image Object(image) space magnification Parallel plate focal plane stop pupil ray tracing Incident beam
完善像 物(像)空间
放大率 平行平板
焦平面 光阑 光瞳
Threshold
阈值
resonator
共振器，共振腔
pulse train
脉冲序列
Period
周期
mode locking/mode locked
锁模
Q-switch
Q开关
Modulate
调制
longitudinal mode
纵模
Free-running mode
自由振动模式
spatial hole burning
本征函数 谐振子
能量量子 粒子 动量
不确定关系 海森堡 压缩光 相干光
quantum theory
量子理论
photon flux
光子通量
entangle
纠缠
entangled photon pairs 纠缠光子对
Bell inequality
贝尔不等式
teleportation
隐形传态、离物传态
quantum cryptography 量子密码
Optical parametric oscillation 光学参量振荡
Quality factor 品质因子
nonlinear susceptibility 非线性极化率
Polarization 极化强度
散射 自由空间 空间滤波器 傅立叶变换
光学镜头参数详解
光学镜头参数详解
摘要：
I.光学镜头概述
- 定义与作用
II.光学镜头的主要参数
- 焦距
- 相对孔径与光圈数
- 视场角与像面尺寸
- 分辨率
- 景深
- 工作距离
- 相机接口
III.光学镜头的选择与应用
- 选择光学镜头的考虑因素
- 光学镜头的应用领域
IV.结论
正文：
I.光学镜头概述
光学镜头是一种用于将光线聚焦在一点上的光学器件，通常由多个透镜组成。
它广泛应用于各种光学设备和仪器中，如照相机、望远镜、显微镜等。
光学镜头的主要作用是将来自物体的光线聚焦在成像传感器或眼睛上，从而产生
清晰的图像。
II.光学镜头的主要参数
1.焦距
焦距是指从光学镜头的中心点到焦点的距离。
它决定了像与实际物体之间的比例。
镜头焦距越长，成像越大。
2.相对孔径与光圈数（f）
相对孔径是指镜头的有效孔径与焦距的比值，主要影响像面的照度。
光学参量振荡 波长调谐
光学参量振荡波长调谐
光学参量振荡是一种非线性光学过程，它涉及到光的参量过程和振荡。
在光学参量振荡中，两束泵浦光束通过非线性材料相互作用，产生两束新的光束，即信号光和辅助光。
信号光和辅助光的频率和波矢之间存在特定的相位匹配条件。
波长调谐是指通过改变泵浦光束的频率或非线性材料的温度或其他参数，来调节信号光和辅助光的波长。
通常情况下，波长调谐可以通过改变非线性材料的相位匹配条件来实现。
当泵浦光束的频率或非线性材料的参数发生变化时，相位匹配条件也会发生改变，从而导致信号光和辅助光的波长发生调谐。
波长调谐在光学参量振荡中具有重要的应用。
通过调谐信号光的波长，可以实现光在不同频率范围内的相互作用，从而实现光的频率转换、光谱分析、光通信等应用。
波长调谐还可以根据特定的应用需求，选择合适的波长范围和调谐范围，以满足不同领域的应用需求。
(2021年整理)热力学习题(1)
(完整版)热力学习题(1)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整版)热力学习题(1)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整版)热力学习题(1)的全部内容。
（完整版）热力学习题（1)编辑整理:张嬗雒老师尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布到文库，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是我们任然希望 (完整版）热力学习题（1）这篇文档能够给您的工作和学习带来便利。
同时我们也真诚的希望收到您的建议和反馈到下面的留言区,这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请下载收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为 <(完整版）热力学习题（1)> 这篇文档的全部内容。
热力学基础习题练习一、选择题1。
对于物体的热力学过程， 下列说法中正确的是[ ］ （A ） 内能的改变只决定于初、末两个状态， 与所经历的过程无关 （B ） 摩尔热容量的大小与所经历的过程无关（C) 在物体内, 若单位体积内所含热量越多， 则其温度越高（D) 以上说法都不对 2。
. 在下面节约与开拓能源的几个设想中, 理论上可行的是[ ] （A ） 在现有循环热机中进行技术改进， 使热机的循环效率达100％ （B ） 利用海面与海面下的海水温差进行热机循环做功 (C) 从一个热源吸热， 不断作等温膨胀， 对外做功 （D) 从一个热源吸热, 不断作绝热膨胀, 对外做功3. 一定质量的理想气体经历了下列哪一个变化过程后， 它的内能是增大的? ［ ］ （A) 等温压缩 (B ） 等体降压（C) 等压压缩 (D ） 等压膨胀4。
9_光学参量过程
I 3 t 1.2 103W / cm 2。这相当于一个连续激光器的较低的
输出光强。 但是双共振参量振荡器对腔的稳定性要求很高，腔长受温度 变化和振动的影响会使震荡器很不稳定。
2014-6-15
当相位条件满足
2k1 L 1 2m 2k1 L 2 2n
m , n 取整数
使阈值方程左边为正实数时，对应的增益为最小值，即阈
值增益 g gt
。而满足的相位条件式表示频率为ω1和ω2
的两束光为谐振腔的两个激光纵模。
2014-6-15 21
利用 cosh2
质的极化强度与光强是线性依赖的。 这节主要讨论非线性光学中的光学参量过程。
2014-6-15 2
主要内容
一、光学参量放大与振荡效应 二、光学参量振荡器
1. 双共振参量振荡器
2. 单共振参量振荡器
2014-6-15
3
一、光学参量放大与振荡效应
下图为光学差频的转换过程：
2014-6-15
4
光学差频过程中频率为ω3的泵浦光的能量转移到频率为ω1
条件，如图所示。
在参考平面 e 处应有
2014-6-15
~ ~ Ae z Aa z
17
~ ~ 是由 Ae z Aa z 乘以下 4 个矩阵得到：左端反射矩阵，
光由右向左无增益传播矩阵，右端反射矩阵，及光由左向
右参量放大矩阵，即
2014-6-15
e ik1 L cosh g L e ik1 L g / g sinh g L ~ A a ik L k L 2 ie 2 g / g sinh g L e cosh g L
非线性光学试题答案
非线性光学试题1、简要说明线性光学与非线性光学的不同之处。
线性光学：光的独立传播定理；光的传播方向、空间分布在传播过程中可以发生变化，但光频率不发生变化；介质的主要光学参数只是入射光频率与偏振方向的函数，与光的强度无关。
非线性光学：光的独立传播定理不成立；光在传播过程中频率可能发生变化；介质的折射率与入射光的强度有关2、证明具有反演对称中心的晶类，其偶数阶非线性极化率为零。
证明：设A 为某对称操作，对于二阶非线性极化率(2)χ有(2)(2)'ijk ia jb kc ijkA A A χχ=，类似地，对于n 阶非线性极化率()n χ有()(2)......'...n ijk l ia jb kc lf ijk l A A A A χχ= 对于极化率张量(2)χ，实施对称操作后应保持不变，即(2)(2)'ijk ijk χχ= 所以(2)3(2)(1)ijk ijkχχ=-； 同理()(1)()......(1)n n n ijk l ijk l χχ+=-，当n 为偶数时，()...n ijk l χ为零3、 KDP 晶体是负单轴晶体，考虑I 类位相匹配。
(1) 设光波矢均沿（θ，ϕ）方向，求出此时有效非线性系数eff d 的表达式注：已知KDP 晶体的非线性系数矩阵为141436000000000000000d d d ⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭（2）若要得到最佳倍频输出，问光波矢的方向（θ，ϕ）应取何值。
解：（1） 负单轴I 类：(2)eff jk i ijk j k d b d a a δ=-，其中，sin cos 0j a ϕϕ⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭，cos cos sin cos sin j b ϕθϕθθ-⎛⎫⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭所以，36362sin sin (cos )sin sin 2eff d d d θϕϕθϕ=-=-（2）222221/22222))arcsin[()]))((((eo o mooen n n n n n ωωωωωωθ-=- ，得到41o m θ=；将m θ代入上面的eff d 表达式，易得45o ϕ=因此，要得到最佳倍频输出，光波矢方向为(41,45)o o3 B 、考虑BBO 晶体中的II 型（o e e +→）相位匹配下的共线传播倍频过程2ωωω+→；（1）设光波矢均沿（θ，ϕ）方向，求出此时有效非线性系数eff d 的表达式。
光学参量过程和非参量过程
光学参量过程和非参量过程光学参量过程和非参量过程是光学中常用的两种重要现象。
它们在光学领域的研究和应用中具有重要意义。
本文将对光学参量过程和非参量过程进行详细介绍和解析。
光学参量过程是指在光学系统中，通过光学非线性效应产生的参量波的过程。
光学参量过程的基本原理是利用非线性材料的光学特性，在光学场中产生参量波。
光学参量过程包括参量放大、参量振荡和参量混频等过程。
参量放大是光学参量过程的一种重要形式。
在参量放大过程中，通过控制驱动光的功率和频率，可以实现对参量波的放大。
参量放大器通常由非线性晶体和泵浦光源组成。
泵浦光源通过激发非线性晶体中的参量波，使其发生放大。
参量放大在激光器、通信系统和光学测量中有着广泛的应用。
参量振荡是光学参量过程的另一种重要形式。
在参量振荡过程中，通过非线性晶体和光学腔的耦合作用，可以产生参量波的连续振荡。
参量振荡器具有宽带调谐、高效率和低噪声等优点，广泛应用于光通信、光频谱分析和光学显微镜等领域。
参量混频是光学参量过程的另一种重要形式。
在参量混频过程中，两个不同频率的参量波在非线性晶体中发生相互作用，产生新的频率波。
参量混频可以实现对光的频率调制和波长转换。
它在光通信、光频谱分析和光学成像等领域具有重要应用。
与光学参量过程相对应的是非参量过程。
非参量过程是指光学系统中不涉及参量波的过程。
非参量过程的特点是不需要驱动光，只需通过光学系统中的线性元件即可实现。
非参量过程包括自发参量散射和自发参量混频等过程。
自发参量散射是非参量过程的一种重要形式。
在自发参量散射过程中，光在非线性晶体中发生散射，产生新的频率波。
自发参量散射具有宽带调谐、高转换效率和低噪声等优点，广泛应用于光通信和光学测量领域。
自发参量混频是非参量过程的另一种重要形式。
在自发参量混频过程中，光在非线性晶体中发生相互作用，产生新的频率波。
自发参量混频可以实现对光的频率转换和波长转换。
它在光通信、光频谱分析和光学成像等领域具有重要应用。
非线性光学——精选推荐
非线性光学非线性光学是现代光学的重要分支，研究强相干光与物质相互作用时出现的各种新现象的产生机制、过程规律及应用途径. 非线性光学的起源可以追溯到1906年的泡克尔斯效应和1929年克尔效应的发现，但是非线性光学成为今天这样一门重要科学，应该说是从激光发现以后才开始的.非线性光学的发展大体可划分为三个阶段：20世纪60年代初为第一阶段，这一阶段大量非线性光学效应被发现，如光学谐波、光学和频与差频、光学参量振荡与放大、多光子吸收、光学自聚焦以及受激光散射等都是这个时期发现的；第二阶段为60年代后期，这一阶段一方面还在继续发现一些新的非线性光学效应，另一方面则主要致力于对已发现的效应进行更深入的了解，以及发展非线性光学器件；第三阶段是70年代至今，这一阶段非线性光学日趋成熟，已有的研究成果被应用到各个技术领域和渗透到其他有关学科（如凝聚态物理、无线电物理、声学、有机化学和生物物理学）的研究中.非线性光学的研究在激光技术、光纤通信、信息和图像的处理与存储、光计算等方面有着重要的应用，具有重大的应用价值和深远的科学意义.一、 光场与介质相互作用的基本理论1．介质的非线性电极化理论很多典型的光学效应均可采用介质在光场作用下的电极化理论来解释.在入射光场作用下，组成介质的原子、分子或离子的运动状态和电荷分布都要发生一定形式的变化，形成电偶极子，从而引起光场感应的电偶极矩，进而辐射出新的光波.在此过程中，介质的电极化强度矢量P 是一个重要的物理量，它被定义为介质单位体积内感应电偶极矩的矢量和：V p P ii V ∆=∑→∆ lim 0 （1）式中i P是第i 个原子或分子的电偶极矩. 在弱光场的作用下电极化强度P 与入射光矢量E 成简单的线性关系，满足E P 10χε= （2）式中0ε称为真空介电常数，1χ是介质的线性电极化率. 根据这一假设，可以解释介质对入射光波的反射、折射、散射及色散等现象，并可得到单一频率的光入射到不同介质中，其频率不发生变化以及光的独立传播原理等为普通光学实验所证实的结论.然而在激光出现后不到一年时间（1961年），弗兰肯（P.A.Franken ）等人利用红宝石激光器输出694.3nm 的强激光束聚焦到石英晶片（也可用染料盒代替）上，在石英的输出光束中发现了另一束波长为347.2nm 的倍频光，这一现象是普通光学中的线性关系所不能解释的.为此，必须假设介质的电极化强度P 与入射光矢量E 成更一般的非线性关系，即)(3210 +++=E E E E E E P χχχε （3）式中1χ、2χ、3χ分别称为介质的一阶（线性）、二阶、三阶（非线性）极化率. 研究表明1χ、2χ、3χ…依次减弱，相邻电极化率的数量级之比近似为11E n n ≈-χχ （4） 其中0E 为原子内的平均电场强度的大小（其数量级约为1011V/m 左右）. 可见，在普通弱光入射情况下，0E E <<，二阶以上的电极化强度均可忽略，介质只表现出线性光学性质. 而用单色强激光入射，光场强度E 的数量级可与0E 相比或者接近，因此二阶或三阶电极化强度的贡献不可忽略，这就是许多非线性光学现象的物理根源.2．光与介质非线性作用的波动方程光与介质相互作用的问题在经典理论中可以通过麦克斯韦方程组推导出波动方程求解.对于非磁性绝缘透明光学介质而言，麦克斯韦方程组为tD H ∂∂=⨯∇ （5） tH E ∂∂-=⨯∇ 0μ （6） 0=∙∇B （7）0=∙∇D （8） 式（5）和（8）中的电位移矢量D 为P E D+=0ε，代入式（5）有 tP t E H ∂∂+∂∂=⨯∇ 0ε 两端对时间求导，有 22220tP t E t H ∂∂+∂∂=∂∂⨯∇ ε （9） 对式（6）两端求旋度，有 tH E ∂∂⨯∇-=⨯∇⨯∇ 0)(μ 将矢量公式E E E E 2)()()(-∇=∇∙∇-∙∇∇=⨯∇⨯∇ 代入式（9）有22022002tP t E E ∂∂+∂∂=∇ μεμ （10） 上式表明：当介质的电极化强度P 随时间变化且022≠∂∂tP 时，介质就像一个辐射源，向外辐射新的光波，新光波的光矢量E由方程（10）决定. 3．非线性光学的量子理论解释采用量子力学的基本概念去解释各种非线性光学现象，既能充分反映强激光场的相干波动特性，同时又能反映光场具有能量、动量作用的粒子特点，从而可对许多非线性光学效应的物理实质给出简明的图像描述.该理论将作用光场与组成介质的粒子（原子、分子）看成一个统一的量子力学体系而加以量子化描述，认为粒子体系在其不同本征能级间跃变的同时，必然伴随着作用光场光子在不同量子状态分布的变化，这些变化除了光子的吸收或发射，更多的涉及到两个或两个以上光子状态的改变（如多光子吸收与发射、光散射等），此时对整个物理过程的描述必须引入所谓中间状态．．．．的概念. 在这种中间状态内，光场的光子数目发生了变化，粒子离开原来所处的本征能级而进入激发状态；但此时粒子并不是确定地处于某一个本征能级上，而是以一定的几率分别处于它所可能的其他能级之上（初始能级除外）. 为了直观地表示这一状态，人们又引入了虚能级．．．的图解表示方法. 在用虚能级表示的这种中间状态中，由于介质粒子的能级去向完全不确定，则按照著名的不确定关系原理，粒子在中间状态（虚能级）上停留的时间将趋于无穷短.利用中间状态的概念和虚能级的表示方法，可以给出大部分有关非线性光学效应的物理图像.二、 非线性光学效应1．光学变频效应光学变频效应包括由介质的二阶非线性电极化所引起的光学倍频、光学和频与差频效应以及光学参量放大与振荡效应，还包括由介质的三阶非线性电极化所引起的四波混频效应.需要注意的是，二阶非线性效应只能发生于不具有对称中心的各向异性的介质，而三阶非线性效应则没有该限制.这是因为对于具有对称中心结构的介质，当入射光场E相对于对称中心反向时，介质的电极化强度P 也应相应地反向，这时两者之间只可能成奇函数关系，即)(553310 +++=E E E P χχχε，二阶非线性项不存在.1.1 光学倍频效应光的倍频效应又称二次谐波，是指由于光与非线性介质（一般是晶体）相互作用，使频率为ω的基频光转变为ω2的倍频光的现象。
张毅 第三章 二阶非线性光学效应1资料讲解
☆
dE3(z) dz
2ic3n3 Deˆ3
χ(2)(3;1,2):eˆ1eˆ2E1E2exp(ikz)
dEd1z(z) dEd2z(z)
i2Dcn11 (2)(1;2,3)E2*(z)E3(z)expi(kz)
i
D2
2cn2
(2)(2;3,1)E3(z)E1*(z)expi( kz)
(E1E1*E2E2*)
可以用一个简单公式来概括， 即将二阶极化强度在频域内进行傅里叶展开
P (2)(t) P (n)ex i pnt)(
n
9
P (2)(t) P (n)ex i pnt)(
☆
n
这些频率成分以及它们对应的二阶非线性效应如下
PPP(((221 21))2)002((22)) EE01222(2)E1E2 P(1 2) 20(2)E1E2* P(0) 20(2)(E1E1* E2E2*)
4
本章将推导此方程组，
☆
并应用此方程组研究几种典型的二阶非线性光学效应：
光学倍频、和频、差频、参量过程，
推导出这些过程的光功率效率公式。
相位匹配和相位失配是非线性光学的重要概念， 相位匹配实质上是指光电场与介质没有动量交换， 即所谓的“动量守恒”；
相位失配就是光与介质之间有动量交换。
本章以二阶效应为例， 给出相位匹配的概念，相位匹配的条件， 以及实现相位匹配的方法。
eˆ3
χ(2)(3;1,2):eˆ1eˆ2
极化率的三个分量写成如下标量形式
( 2 ) (1 ; 2 ,3 ) e ˆ 1 χ ( 2 ) (1 ; 2 ,3 ) :e ˆ 2 e ˆ 3
( 2 ) (2 ;3 , 1 ) e ˆ 2 χ ( 2 ) (2 ;3 , 1 ) :e ˆ 3 e ˆ 1
光学介质的非线性电极化效应精选全文
= () + () + () + (+) + ( − )
08:10
（5-4）
10
讨论：
（1）从（5-4）式中可以看出，二次非线性电极化中包含了
直流项 ()，二次谐波项 ( ) 和 ( ) ，和频项 (+ )，
差频项 ( − ) 。
21
o光折射率与光场的振动方向无关是一常数，e光折
射率与光场振动方向有关，选择适当的入射光的振动方
向，可以实现相位匹配条件。
08:10
22
负单轴晶体
ne＜no (ve＞vo )
光轴
m
k()
n2e ( m ) no
k() 是能实现相
位匹配的光波传
播方向。m为相
位匹配角
O
频率的o光
+
( + )
( − )
+ ( − )
+
( + ) − ( + )
+ ( − ) − ( − )
o
光轴
对于负单轴晶体，基频光和倍频
光的这种配置可表示为
O
o+o e
+ 2
注意：基频和倍频光具有不同偏振态
08:10
24
对非线性材料的要求
①具有非中心对称结构，即无对称中心;
②非线性光学系数要大;
③能实现相位匹配,最好能实现90°匹配。这要求材料具有大
的双折射(即ne-no大)和小的色散(即n2ω-nω小)；
④材料的光学均匀性要好,折射率要处处均匀一致;
几种参量过程1
内容提要
光学倍频 参量放大与振荡 四波混频
内容提要
光学倍频
倍频效应的物理本质 倍频效应的基本特性 相位匹配
参量放大与振荡 四波混频
光学倍频
二阶非线性光学效应的一个成功的应 用是二十世纪九十年代二极管激光泵浦NYAB 晶体，通过自倍频直接产生绿光。在室温下 实现了TEM00模高功率、高重复频率的运转， 在光通信、光存储、大屏幕显示等方面展示 了广泛的应用。
n0 () ne ( , 2) 或： n0 (2) ne ( ,)
便可实现倍频过程中的相位匹配。
PPM：晶体双折射
n2o n1o
Z
2k10 k2e
m
X
n2e n1e
负单轴晶体
I型相位匹配 eeo
ooe
该匹配方式中，基波只取一种偏振态：
正单轴晶体
e偏振态
负单轴晶体
o偏振态
所产生的谐波，其偏振态：
以倍频为例： n1 n2
k
2
2
2kin1
10
ki22n022 k12
2 10
n1
n2
0
k2
2 n1 10
1 2
2 2 n2 10
三波混频在一般情况下，k=k3-k1-k2＝0
3n3 k3 1n1 k1 2n2 k2
一般的情况是：ne2 折射率曲面扩张的快，no
900
角相位匹配
变化较小
结果：两个折射率曲面在xoy平面上，可能相切。光波沿xoy平 面入射可实现位相匹配。
PPM：晶体双折射
角度匹配与温度匹配的简单比较
第6章 光学制导 0910tmp
红外点源制导的特点：
弹上制导设备简单，体积小（<200mm），质量轻，造价便宜； 分辨率高，导引精度高（角分辨率比雷达头高1-2个数量级），可 “发射后不管”； 无源探测，被动接收，工作隐蔽，不易受电子干扰； 无多径效应影响，可探测低空目标。 易受红外诱饵干扰； 受天气影响大，全天候工作能力较差； 作用距离有限。
优点：
1.制导精度高。对于必须直接命中的精确制导，一般要采用光学和毫 米波制导技术。 2.可实现打了不用管(Fire and forget)。
3.抗电子干扰能力强。
不足： 1.全天候性能差。工作于可见光、红外波段的制导设备比无线电制导 设备更易受到天气条件的影响； 2.电视和红外制导难以获得距离信息。
测角计
搜索 信号 产生 器
比较 变换 放大
位 标 器
角跟踪系统组成及功能
目标 信息 误差形 成环节
信息处 理环节 控制指令 形成环节 自动驾 驶仪
随动控制环节
1.误差形成环节：形成目标失调角，输出与失调角成正比的误差信号。
2.信息处理环节：对含目标角位置信息的误差信号进行放大、滤波、解调和变换。 3.控制指令形成环节：根据导引规律和目标运动特点形成控制指令送给自动驾驶仪， 完成导弹制导。 4.随动控制环节：完成导引头小回路闭环控制，使位标器光轴自动跟踪目标。 功能：实现对目标的实时跟踪，并输出控制指令给自动驾驶仪。
制导中最主要的是角度测量，主要方法有： 调制盘式——在光学系统焦平面上设置一个分析器，使其 后光电探测器获得带有坐标信息的信号。 光点扫描——以极小的视场在一定时间内扫描所要求的视 场。其角度可以从扫描机构的传感器中获得。
光敏面式——光敏面式由于它的各敏感单元各对应空间的 一定范围，只要该范围内有目标，则相应的敏感元件上会 有信号输出，目标位置便可由所在位置经适当处理后获得。
光学参量振荡：可调谐相干光产生技术
光学参量振荡：可调谐相干光产生技术
光学参量振荡（Optical Parametric Oscillator，简称OPO）是一种利用非线性光学效应产生可调谐相干光的技术。
它基于二阶非线性光学混频过程，利用一束高功率的泵浦光在非线性介质中激发出信号光和空闲光，从而实现光波长的转换和放大。
在光学参量振荡器中，非线性介质通常被放置在一个光学共振腔内，以便让泵浦光、信号光和空闲光多次往返通过介质，从而增强非线性效应。
当参量增益大于共振腔内的损耗时，便会在腔内形成激光振荡，产生稳定的输出。
由于参量振荡是在满足相位匹配的频率上发生的，因此可以通过改变泵浦光的波长或调整介质的非线性特性来实现输出波长的调谐。
光学参量振荡器具有许多优点，如输出波长连续可调、线宽窄、光束质量好等，因此在光谱学、激光雷达、光通信等领域有广泛的应用前景。
同时，它还可以与其他光学技术相结合，如光学参量放大、光学参量产生等，以实现更丰富的功能和应用。
总之，光学参量振荡是一种重要的非线性光学技术，它为产生可调谐相干光提供了一种有效的方法，为光学领域的发展和应用带来了更多的可能性。
第四章 光参量放大和光参量振荡 dff
第四章 光参量放大与光参量振荡自从1961年Franken 等人首先观察到二次谐波产生后不久，1962年Kingston 等人在理论上预言了三波相互作用中存在参量增益的可能性。
1965年，Wang 和Resettle 首先观察到三波非线性相互作用过程中的参量增益。
同年，Goodman 和Miller 首次用3LiNbO 晶体制作成了第一台光参量振荡器，开辟了一套全新运转的光学参量振荡器；1970年，Smith 、Parker 和Amman 等人将参量振荡器置于激光谐振腔内，分别研制成了连续和脉冲内腔式光学参量振荡器；1971年，Yarborough 和Massey 研制成了无共振腔的光学参量振荡器。
光学参量振荡器的输出具有很高的单色性和方向性，它是将频率固定的相干辐射变成可调谐相干辐射的重要手段之一。
与激光器输出激光的波长是由相应的原子跃迁决定的不同，光学参量振荡器输出波长是由泵频光的频谱、空间分布、相位匹配条件决定的，是可以在较大范围内调谐。
由于光学参量振荡器可以提供从可见一直到红外的可调谐相干辐射，因此在光谱研究中具有广阔的应用前景。
3ω、2ω的光波产生差频132=-ωωω（），在此过程中，频率为2ω的光波不是减少而是随着差频1ω光的产生一起增加，或者说频率为2ω的光波被放大了，这种放大称为光学参量放大。
在参量放大中，一般把频率为3ω的光叫泵频光，频率为2ω的光叫信频光，频率为1ω的光叫闲频光，光学参量放大器（Optical Parametric Amplifier,简称为OPA ）就是指对信号光进行放大的器件。
与激光放大器增益是由原子、分子能级之间的粒子数反转提供的不同，光参量放大器的增益是由非线性介质中光波之间的相互作用产生的。
4．1.1光参量放大过程的普遍解光参量放大是和频产生的逆过程，它的一般理论与差频产生的理论相同，不同的是输入光的条件。
通常把参量放大看成是用单个泵浦光束来激发的过程，而把差频产生看成是用两个强度相近的泵浦光束来激发的过程。
信息光学选择判断题
判断题(画√或×,每题1分)1、全息技术分为两个过程,第一个过程是利用干涉原理将物光波前以干涉条纹的形式记录下来,再用光波照射全息图,可以再现原始物光波。
()2、同轴全息是在记录物体的全息图时,参考光和物光波来自同轴方向,光照射全息图的透射光波中包含四项,都在同一方向无法分离。
()3、离轴全息消除了同轴全息图孪生像的相互干扰,离轴全息图在记录过程中,参考光和信号光不在同一方向。
()4、当记录介质相对于物体位于远场,引入参考光记录物体的夫琅和费衍射图样,得到物体的夫琅和费全息图。
()5、光学信息处理是指采用光学方法实现对输入信息的各种交换或处理,来抑制噪声、检出信号或复原失真的图像。
()6、当物放在透镜前焦面时,可用参考光和物光波干涉,记录物光波的付里叶全息图。
( )7、衍射分为远场衍射和近场衍射。
()8、用光学信息处理系统可以实现图像的振幅和位相滤波,图像相关,图像卷积,图像相加和相减运算及微分,边缘检测,消模糊等光学运算及光学图像处理。
()9、图像识别是指检测和判断图像中是否包含有某一特定的信息,例如大量指纹档案中检查出罪犯的指纹;在病理照片中识别出癌变细胞;在军事侦查照片中检出特定目标,及文字识别等。
() 10、匹配滤波器是在频域内对带检信号进行位相补偿,可以用来测量物体或图像尺寸,形状的变化,例如螺钉小零件的尺寸误差分类,测试金属疲劳试验中测试试件的微小变形。
() 1、空间相干照明条件下物体上每一点光的振幅和位相尽管都随时间做无规变化,但所有点随时间变化的方式都是相同的,各物点在象面上的脉冲响应也以同一方式随时间作无规变化,总的光场按光强叠加(√)2、同轴全息是在记录物体的全息图时,参考光和物光波来自同轴方向,光照射全息图的透射光波中包含四项,因为都在同一方向而无法分离。
(√)3、全息技术分为两个过程,第一个过程是利用干涉原理将物光波前以干涉条纹的形式记录下来,再用光波照射全息图,可以再现原始物光波。
光学测量-长春理工大学精品课
开［尔文］ 克耳文 摩［尔］ 莫耳
坎［德拉］ 燭光
3
导出物理量
时间：三十万年差一秒 长度：氪86同位素波长λ=605.78nm，Δλ=4.7×10-4nm，相干长 度L=λ2/Δλ=0.78m;氦氖激光器λ=632.8nm，Δλ=6×109nm,L=60km
辅助物理量：平面角rad，球面角 sr 导出物理量 国际200多种，我国120种. 与光学测量有关的光学量导出单位： 光通量 流明 lm 1lm=1cd.sr 辐射能中能引起人眼光刺激的那部分辐通 量 光照度 勒（克斯）lx 1 lx=1 lm/m2单位面积上所接收的光通量大小 辐透（ph）1ph=1 lm/cm2。 计量单位：有明确定义和名称并命其数值为1的固定的量 量值：数值和计量单位的乘积
测量结果也应包含测量误差的说明及其优劣的评价 Y=N±ΔN
20
第一节 测量误差与数据处理
真值就是与给定的特定量的定义相一致的量值。客观存在 的、但不可测得的（测量的不完善造成）。
可知的真值： a. 理论真值----理论设计值、理论公式表达值等 如三角形内角和180度； b. 约定(实用)真值-----指定值,最佳值等， 如阿伏加德罗常数, 算术平均值当真值等。
如：测量单摆的振动周期T，用公式
T 2 l / g
求得g
6
例：空调机测量控制室温
被测对象： 室内空气
被测物理量： 温度 测量器具： 温度传感器 --- 热电阻、热电偶
电信号 处理 显示 操作过程：空气 热敏电阻
空调机
返回 7
计量、测量、测试的区别
计量：准确一致的测量 国际标准——国家计量局——地区计量站—— 工厂计量室——车间检验组。 测试：具有实验性质的测量。 检测:对产品以及成型仪器的测量。
光学加工基础知识
光学加工基础知识§1光学玻璃基本知识一.基本分类和概念光学材料分类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料三类。
玻璃的定义：不论化学成分和固化温度范围如何，一切由熔体过冷却所得的无定形体，由于粘度逐渐增加而具有固体的机械性质的，均称为玻璃。
光学玻璃分为冕牌K和火石F两大类，火石玻璃比冕牌玻璃具有较大的折射率nd和较小的色散系数vd。
二.光学玻璃熔制过程将配合料经过高温加热,形成均匀的，高品质的，并符合成型要求的玻璃液的过程,称玻璃的熔制。
玻璃的熔制，是玻璃生产中很重要的环节.，玻璃的许多缺陷都是在熔制过程中造成的, 玻璃的产量、质量、生产成本、动力消耗、熔炉寿命等都与玻璃的熔制有密切关系。
混合料加热过程发生的变化有:物理过程-----配合料的加热，吸附水的蒸发，单组分的熔融，个别组分挥发.某些组分的多晶转变。
化学过程-----固相反应，盐的分解，水化物分解，结晶水的排除，组分间的作用反应及硅酸盐的形成。
物理化学过程-----低共熔物的组分和生成物间相互溶解,玻璃与炉气介质，耐火材料相互作用等。
上述这些现象的发生过程与温度和配合料的组成性质有关.对于玻璃熔制的过程,由于在高温下的反应很复杂,尚待充分了解,但大致可分为以下几个阶段。
1.加料过程-----硅酸盐的形成2.熔化过程-----玻璃形成3.澄清过程-----消除气泡4.均化过程------消除条纹5.降温过程-------调节粘度6.出料成型过程总之,玻璃熔制的每个阶段各有其特点,同时,它们又是彼此互相密切联系和相互影响的.在实际熔制中,常常是同时或交错进行的,这主要取决于熔制的工艺制度和玻璃窑炉结构特点。
三.玻璃材料性能1．折射率nd、色散系数vd根据折射率和色散系数与标准数值的允许差值，光学玻璃可以分为五类表1-1：折射率和色散系数与标准数值的允许差值2.光学均匀性光学均匀性指同一块玻璃中折射率的渐变。
玻璃直径或边长不大于150mm，用鉴别率比值法玻璃分类如表1-2。
小型真空压缩光产生装置的实验研究
０ 引 言
压 缩 态 光 场 是 一 种 重 要 的非 经 典 光 场 ， 量 在 子 通 信 ， 子 计 算 ， 细 测 量 等 许 多 领 域 具 有 重 量 精 要 的 应 用 ［ 。尤 其 在 量 子 通 信 方 面 ， 个 单 模 １ ］ 两 压 缩 态 光 场 通 过 分 束 器 干 涉耦 合 输 出 可构 成 量 子 纠 缠 源 。量 子 纠 缠 源 作 为 量 子 信 息 的 核 心 ， 以 可 完 成 量 子 离 物 传 态 ｌ ， 子 密 集 编 码 “ 和 量 子 ２ 量 ］
相 位 匹 配 晶 体 ， 磷 酸 钛 氧 钾 （ ｉ Ｐ 简 称 如 ＫＴ Ｏ Ｏ ＫＴＰ ， 酸 锂 （ ｉ Ｏ。 和 铌 酸 钾 （ ）铌 ＬＮｂ ） ＫＮｂ ， 称 Ｏ。 简 ＫＮ） 由于 受 相 位 匹 配 条 件 限 制 ， 些 晶 体 适 用 ， 这 的波 长 范 围窄 ， 不 能 利 用 晶 体 的 最 大 非 线 性 系 且
１ 实 验 原 理 和 实 验 装 置
目前 ， 生 压 缩 态 光 场 最 为 有 效 的手 段 是 通 产
保 密 通 信 等许 多经 典 光 不 可 能完 成 的任 务 。
１７ ０年 ， ｔｌｒ Ｙｕ ｎ７就 在 研 究 光 场 噪 ９ Ｓｏｅｌ 和 ６ ａｌ 声 过程 中 提 出 了正 交 压 缩 的 概 念 。１ ８ ５年 美 国 ９ 贝 尔 实 验 室 Ｓｕ ｈ ｒ ］ 究 小 组 首 次 在 实 验 上 观 ｌｓ ｅ＿ 研 ８ 察 到 ０ ７ Ｂ 的 正 交 压 缩 。 澳 大 利 亚 国 立 大 学 ． ｄ Ｂ ｃｏ ａｈ ｒ研 究 小 组 ｌ ｇ 采 用 全 固 化 泵 浦 源 及 Ｍｏ ｏｉ ｉ ＯＰ ｎ ｌｈｃ Ｏ腔 ， 得 ８ （ Ｂ 的 单 模 正 交 ｔ 获 ０ ７ｄ ） 压 缩 态 。２ ０ ０ ８年 ， 诺 威 大 学 的 Ｓ ｈ ａ ｅ 小 组 获 汉 ｃｎｂｌ 得 了 １ｄ ０ Ｂ的压 缩 光 ＿ 】 我们 小 组 也 较 早 开 展 利 。
光参量过程中的逆转换问题
光参量过程中的逆转换问题
逆转换是影响光参量变换转换效率、参量光光束质量以及参量光输出稳定性的关键因素，随光斑分布和时间变化，逆转换现象很难消除。
适当的晶体长度、优化的抽运光斑截面类型、合适的谐振腔参数（对于振荡器）有利于降低逆转换，提高参量转换效率，改善参量光光束质量。
在MgO∶PPLN光参量振荡（OPO）实验中，通过优化实验，在温度范围为30-190°C内，测得信号光波长连续变化区间为1568.9-1659.8nm，当泵浦功率为1.12W、脉冲重复频率为15kHz、温度为90°C时，得到最大平均功率为110mW、波长为1595nm的近红外激光输出。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2018/12/13
15
设在腔内泵浦光强与距离无关。腔内任一 z 平面上信号光
~ 电场与闲频光电场可由一矩阵 A z 表示
~ Az
* z e ik2 z A2
A1 z e ik1 z
考虑在泵浦光ω3 激发下，在 z = 0 处同时产生自发辐射
质的极化强度与光强是线性依赖的。 这节主要讨论非线性光学中的光学参量过程。
2018/12/13 2
主要内容
一、光学参量放大与振荡效应 二、光学参量振荡器
1. 双共振参量振荡器
2. 单共振参量振荡器
2018/12/13
3
一、光学参量放大与振荡效应
下图为光学差频的转换过程：
2018/12/13
4
光学差频过程中频率为ω3的泵浦光的能量转移到频率为ω1
光ω2的能量，为了使能量转换效率提高，可以把参量放大
器置于一谐振腔内，让ω1光或ω1和ω2光同时在腔内产生谐 振。当泵浦光ω3的能量超过某一阈值时，非线性相互作用 的增益超过腔内损耗。ω1光或ω1和ω2光同时会在腔内建立 起振荡，极类似于激光器的情况。振荡的阈值对应于参量增
益与ω1、ω2光在腔内能量损耗相平衡时泵浦光的光强。这
所以，
1 2 2gz A1 z A1 0 cosh g z A1 0 e 4 1 2 2 2 2gz 2 A2 z A1 0 sinh g z A1 0 e 4
2 2 2
2018/12/13 7
当
k 0, A2 0 0 时，参量放大器的放大倍数为：
的信号光，使之放大，同时产生频率为ω2的闲置光。这种
过程与微波波段的参量放大类似，故称光学参量放大，如 图 3.3.5 所示。
微波参量放大器是利用时变电抗参量实现低噪声放大的放 大电路。例如，在变容二极管的两端外加一个周期交变电 压时，其电容参量将随时间作周期变化。若把这一时变电 容接入信号回路中，且当电容量变化和信号电压变化满足 适当关系时，就能使信号得到放大。外加的交变电压源称 为泵浦源。
2018/12/13 10
光学参量振荡器有以下基本特性：
⑴ 不需外界输入信号光波，利用介质内部的噪声辐射就能
产生参量振荡；
⑵ 可连续运转，具有较高的效率； ⑶ 通过改变晶体取向、晶体温度，或对晶体施加外电场 （利用电光效应）、外磁场（利用磁光效应）、外压力（利
用光弹性效应），以及改变非线性晶体的折射率特性，能够
信号光ω1与闲频光ω2，波方程的解为：
0sinh g z A1 z A1 0 cosh g z i g / g A* 2
2018/12/13 16
0cosh g z i g / g A1 0sinh g z A2 z A* 2
在 z = L 处的光电场为：
~ A L ie k2 L g / g sinh g L e ik1 L cosh g L e ik1 L g / g sinh g L ~ A0 k2 L e cosh g L
M
其中 g 定义为
A1 0
A1 z
2 2
1 2gz e 4
2d g c
1 2
n1n2
E 3 0
可见参量放大器的放大倍数与倍频系数d 和泵浦光强有 关。由于一次性通过的相互作用参量放大倍数较小，为 提高能量转换效率，可把参量放大器置于谐振腔内。
2018/12/13 8
在参量放大过程中，泵浦光的能量转变成信号光ω1及闲频
13
二、光学参量振荡器
1. 双共振参量振荡器
图3.3.6是双共振参量振荡器原理图，其中三束光是共线的。
2018/12/13
14
下面推导光学参量振荡的阈值方程。设晶体长为 L ，两端 面形成谐振腔。两反射镜的曲率相等，信号光ω1和闲频光
2
ω2的反射系数分别为 r1 和 r2，则反射率分别为 R r 1 1
2018/12/13 5
在前面章节中已经给出了差频过程中的振幅的表达式
A1 z A1 0 cosh g z g A z i A1 0 sinh g z g
* 2
2018/12/13 6
当 g z 1 时，
1 gz sinh g z cosh g z e 2
光学参量过程
2018/12/13
1
在前面章节中已经讨论过非线性光学中出现的光学倍频、 和频与差频现象。 当激光与非线性介质作用，入射光通过介质后，其输出 频率较入射频率有所变化，会出现倍频光、和频光与差 频光。 这主要是由于强光场入射到非线性介质中，介质的极化
强度非线性地依赖于光场的强度，而在线性光学中，介
样的器件称之为光学参量振荡器（OPO）。
2018/12/13
9
若只有信号频率ω1光振荡增强，称为单共振参量振荡器
(SRO)；若频率为ω1和ω2的两光同时振荡增强，则称为双
共振参量振荡器(DRO)。
光学参量振荡器的实际意义是把泵浦光的能量转变为相干
的，在较大范围内波长可调的信号及闲频光输出。 由于参量振荡过程中要求位相匹配，故须用单色性好的相 干光泵浦，而且其单色性越高，振荡阈值就越低，输出光 波的单色性也越好。
实现可调谐的光参量振荡。
2018/12/13
11
光学参量振荡的研究始于196制成从紫外到近红外的连续调频光源，并可能延伸
到波长大于100微米的远红外波段，填补了传统光源在 这一区域的空白。由于以上特性，光学参量振荡器在光 谱学、半导体研究以及光化学等方面有着重要的应用。
2018/12/13
12
光学参量振荡器与激光振荡器
相同点：两者都可产生相干的光输出； 不同点：光学参量振荡器内的增益是由非线性效应产生，
并非由粒子数反转产生，而且增益是单向的，当信号光和 闲频光经腔镜反射回来通过晶体时将得不到增强反而要受
到损失。
下面分别讨论上面提到的两种光学参量振荡器。
2018/12/13