光学参量振荡器OPO
纳秒光参量振荡器
纳秒光参量振荡器随着科技的不断发展，光电子技术在各个领域中的应用越来越广泛。
其中，光参量振荡器作为一种新型的光学器件，其在通信、测量、医学等领域中都有着重要的应用。
本文将介绍光参量振荡器的原理、特点、应用及发展前景。
一、光参量振荡器的原理光参量振荡器（Optical Parametric Oscillator，简称OPO）是一种基于非线性光学效应的光学器件。
其基本原理是通过将激光束分为两束，一束为泵浦光，另一束为信号光，经过非线性晶体的作用，产生了一个频率为差频的新光束，称为振荡光。
其中，泵浦光的能量转移到了振荡光上，而信号光则被放大或产生了新的频率。
图1 光参量振荡器的基本原理光参量振荡器主要由非线性晶体、反射镜、光学稳频器、泵浦光源等组成。
其中，非线性晶体是产生振荡光的关键部件，其材料和结构决定了振荡光的频率范围和功率输出。
反射镜则用于反射和调节振荡光的光路，光学稳频器则用于稳定振荡光的频率和功率输出。
泵浦光源则为光参量振荡器提供能量。
二、光参量振荡器的特点1、宽频率调谐范围由于光参量振荡器采用非线性光学效应产生振荡光，其频率调谐范围非常大，可以覆盖从红外到紫外的光谱范围。
同时，通过调节泵浦光的频率和功率，可以实现对振荡光频率和功率的精确控制。
2、高功率输出在非线性晶体的作用下，光参量振荡器可以产生高功率的振荡光。
同时，由于振荡光的频率是差频，因此其能量分布比较均匀，不会出现像激光器那样的高斯光束。
3、光谱纯度高光参量振荡器产生的振荡光具有很高的光谱纯度，可以用于精密光谱分析和光谱测量等领域。
同时，其频率调谐范围广，可以实现对光谱的精确控制。
4、应用广泛光参量振荡器在光通信、光学测量、医学成像等领域中都有着广泛的应用。
例如，在光通信中，光参量振荡器可以用于产生高速、低噪声的光信号，提高通信信号的传输速率和可靠性。
在医学成像中，光参量振荡器可以用于产生高能量、高光谱纯度的激光光束，用于显微成像和组织切割等操作。
第6讲光学参量振荡器
A2*(z) A2* 0 cosh 0z iA1 0 sinh 0z
行“矢量”A(z)和A(0) 系用矩 表示：
A1 ( z ) A2* ( z )
cosh 0z
i
sinh
0
z
i sinh 0z cosh 0z
A1 (0) A2* (0)
为方便起见，两个振荡光波分别叫信号波(Signal)和闲频波(Idler)。 信号光和闲频光同时在腔内振荡，称为双共振光参量振荡器(Doubly Resonant Oscillator)； 只有信号光或闲频光在腔内振荡，称为单共振光参量振荡器(Singly Resonant Oscillator)。
A (0,3 )
A A
(0, (0,
12
) )
(2)
A (L,3 ) A (0,3 ) A (L,1 ) A (L,2 )
Solve equations below for the above boundary conditions, i.e.
A(0,1 ) 0 and A(0,2 ) 0
计算入射端信号光和闲频光光电场都不为零情况下的参量放大
HR@s HR@i HR@p
Reflection
R1
Phase accumulation Phase accumulation
Reflection
R1'
L
-Similar to amplifier problem but in this case the steady-state condition means
A12 L A12 0
cosh2
0L
1
sinh2 0L
参量增益
光学参量振荡器的结构和原理
光学参量振荡器的结构和原理
光学参量振荡器（Optical Parametric Oscillator，简称OPO）是一种基于光学参量放大的非线性光学器件。
它通过非线性光学效应，在光学晶体中产生频率可调的相干光。
光学参量振荡器的结构一般包括一个非线性光学晶体、一个泵
浦光源、一个反射镜和一个输出耦合镜。
泵浦光源通常使用高功率
连续波激光器，产生泵浦光。
非线性光学晶体通常选择具有较大非
线性系数的晶体，如锂铌酸钽（LiNbO3）或铌酸锂（LiNbO3）等。
反射镜和输出耦合镜用于构建光学腔，实现光的反射和输出。
光学参量振荡器的工作原理基于三波混频过程：泵浦光和一个
光学参量信号光经过非线性晶体时，会产生一个频率可调的光学参
量波。
这个光学参量波的频率由泵浦光和信号光的频率差决定，可
以通过调节泵浦光的频率或改变信号光的频率来实现调谐。
在非线性晶体中，泵浦光和信号光经过相互作用，产生一个非
线性极化。
这个非线性极化会导致光学参量振荡的放大过程，从而
产生频率可调的光学参量波。
这个过程中，能量从泵浦光转移到光
学参量波，实现了光学参量放大和频率转换。
总结起来，光学参量振荡器的结构包括非线性光学晶体、泵浦光源、反射镜和输出耦合镜。
它的工作原理基于非线性光学效应，通过泵浦光和信号光的相互作用，在非线性晶体中产生频率可调的光学参量波。
这种器件在激光技术、光谱学、光学成像等领域具有广泛的应用。
光电子器件的非线性光学特性考核试卷
1.在光电子器件中，非线性光学效应通常与光强度和____的关系有关。
2.二次谐波生成（SHG）是一种将光波频率翻倍的效应，它通常需要两个频率为____的光波。
3.自相位调制（SPM）是由于光波在介质中传播时，其相位随____变化而引起的。
1.光电子器件中，下列哪种现象属于非线性光学效应？( )
A.光的反射
B.光的折射
C.二次谐波生成
D.光的散射
2.下列哪种材料不具有二次非线性光学特性？( )
A.磷酸二氢钾（KDP）
B.硅（Si）
C.硼硅酸玻璃（BSG）
D.铌酸锂（LiNbO3）
3.在非线性光学中，哪一项是描述光在介质中传播时的非线性系数？( )
A.光的线性传播
B.光的二次非线性效应
C.光的三次非线性效应
D.光的散射
12.以下哪些选项描述了交叉相位调制（XPM）的典型特点？( )
A.两个不同频率的光波
B.两个相同频率的光波
C.光波与声波
D.通常涉及三个不同频率的光波
13.下列哪些光电子器件利用了非线性光学中的频率转换？( )
A.光纤放大器
B.光栅
D.光频率与电磁场的关系
6.下列哪种材料常用于非线性光学开关？( )
A.硅
B.铌酸锂
C.铝
D.铜
7.关于二次谐波生成，以下哪项描述是正确的？( )
A.需要两个相同频率的光波
B.生成光波的频率是输入光波的两倍
C.是一种线性光学效应
D.通常发生在透明介质中
8.在非线性光学中，自相位调制（SPM）是由下列哪种现象引起的？( )
中红外KTA 光学参量振荡器的输出特性
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2021年第12期·7·文章编号：2095－6835（2021）12－0007－02中红外KTA 光学参量振荡器的输出特性＊买日哈巴·阿巴白克，王书童，塔西买提·玉苏甫（新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆乌鲁木齐830054）摘要：采用1064nm Nd:YAG 纳秒激光器来泵浦Ⅱ类非临界相位匹配（NCPM ）的KTiOA s O 4（KTA ）光学参量振荡器（OPO ）同时实现高能量、高效率的中红外激光输出。
当泵浦光源能量为20mJ 时，获得1.44mJ 的1.535µm 和0.95mJ 的3.468µm 激光输出，对应的斜效率为12.2%和6.3%。
关键词：非线性光学；光学参量振荡器；近红外与中红外激光；输出特性中图分类号：O437.4文献标志码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.12.0031引言1.5～1.6µm 波段是人眼安全区域。
该波段的光在水分子吸收带内，在生物学、激光雷达、遥感、激光雷达以及目标识别等领域具有重要应用。
目前用来实现1.5～1.6µm 波段的有效方法可分为掺铒激光器、拉曼激光器和光学参量振荡器（OPO ）[1-3]三种。
3～5μm 波段的光属于大气红外窗口，在大气传输时具有透射率最强、衰减最小、对烟尘和大雾穿透能力最强、分子吸收峰最多的特点，使其在分子光谱学、有机材料处理、环境探测和医疗[4-6]等领域有较大的贡献。
此外，在3.4µm 波长附近的激光涵盖了水分子吸收峰和很多CH 2等工业排放污染气体的分子振动吸收峰，该波段的激光在大气中传输时受工业排放污染气体的分子振动吸收影响而削弱，通过激光削弱的程度可以判断排放污染气体的浓度，使得在环保、痕量气体分析、气候监测等领域中很重要的应用[7]。
激光频率转换
激光频率转换
激光频率转换是指将一个激光的频率转换到另一个频率。
这在许多应用中都是非常重要的，例如光通信、光谱分析和量子信息处理等领域。
常见的激光频率转换技术包括以下几种：
1. 频率倍频：通过使用非线性光学材料，将激光的频率从原始频率倍增到双倍、三倍甚至更高倍数。
这种方法广泛应用于光通信领域，用于将激光频率转换到可用于光纤通信的波长范围。
2. 频率降频：通过使用非线性光学材料，将激光的频率降低到更低的频率。
这种方法主要用于光谱分析和光学显微镜等领域，以实现对特定频率光的探测和观察。
3. 光学参量放大器（OPA）：OPA是一种基于非线性光学效应的装置，可以将激光的频率转换到更高或更低的频率。
通过调整非线性材料和输入激光的参数，可以实现对激光频率的精确和宽范围控制。
4. 光学参量振荡器（OPO）：OPO也是一种基于非线性光学效应的装置，可以实现对激光频率的转换。
与OPA类似，OPO还可以提供宽范围的频率调谐能力。
这些技术在激光频率转换领域发挥着重要作用，为各种应用提供了灵活性和可调性。
不同的技术适用于不同的频率转换需求，选择合适的技术取决于具体应用的要求和限制。
光学参量振荡器(OPO)的研究
ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｒａｄｉａｎｔ ｓｏｕｔｒｃｅ，ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｄｏｍａｉｎ．ｓｕｃｈ ａｓ ｌａｓｅｒ
ｒａｎｇｈｌｇ＇ｍｅｄｉｃａｌ ｄｉａｇｎｏｓｅ ａｎｄ ｔｈｅｒａｐｙ，ｅｔｃ．ｗｉｔｈ ｓｅｖｅｒａｌ ｄｅｃａｄｅｓ’ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｔ ｂｅｃｏｍｅｓ
ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｇａｉｎｓｔ ａｒｉｓｅｎ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｗｏｒｋｉｎｇ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＦ０１ ｐｕｍｐｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ａｎｇｌｅ－ｔｕｎｉｎｇ
利用周期性极化技术实现准相位匹配条件下参量振荡首先是在ＬｉＮｂ０３晶体上实现 的，简称ＰＰＬＮ技术，该技术具有操作简单、高增益、低损耗等优点，还由于其高度 非线性和群速色散可以实现光脉冲压缩。所以是近一段时期争相研究的热点，着重解 决的问题是：大通光孔径技术，新型光学超晶格材料的研制，光学超晶格ＯＰＯ的多种 调谐方式，发展紫外和长波波段的光学超晶格ＯＰＯ以及必短脉冲输出。 ３新型参振晶体的研制
长春理工大学 硕士学位论文 光学参量振荡器（OPO）的研究 姓名：段利红 申请学位级别：硕士 专业：光学 指导教师：丁蕴丰
20080401
摘要
利用光参量振荡器（ＯＰＯ）获得宽带可调谐、高相干的辐射光源，在激光测距、医 学诊断和治疗等领域已显示出越来越广泛的应用前景。经过几十年的发展已成为可调 谐激光技术的主流，是实现可调谐激光输出的有效技术手段。
ａｎｄ ｃｕｔ廿ｎｇ ａｎｄｅ
ｏｆｔ ｈｅ ＫＴＰ ｗａｓ ｆｍａｌｌｙ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ私１．０９一１．２２／ｚｍ ａｎｄ ７２．５。．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ
光参量振荡器的模型仿真
光参量振荡器的模型仿真李晓林;钟建军【摘要】在傍轴近似条件下建立了OPO的数学模型,通过引入三波混频中时间与空间关系,采用分步傅里叶算法模拟了纳秒级脉冲和连续光波在谐振腔内的三波混频过程.理论模型中考虑了不同频率光波之间的色散关系,可以在高转换效率情况下分析不同泵浦脉冲功率、脉冲时长、腔镜透反射比以及不同种子光输入等情况下的输出波形、功率以及OPO阈值等特性.实验中采用掺杂MgO的周期性极化铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)为非线性介质,在输入1.06 μm泵浦激光脉冲能量为0.4mJ时,产生3.8μm闲频光超过0.07 mJ输出,与数值模拟结果0.08 mJ较为符合.%A mathematical model for optical parametric oscillator (OPO) by using paraxial approximation was proposed. It could simulate the wave mixing process of both nanosencond waves and contiun-es waves. This model including the dispersion of different wavelengths of the three mixing waves used the split-Fourier method and the spatial and temporal relations between mixing waves to describe the process in OPO. The model could give output waveform, power and threshold in high efficiency OPO under the conditions of different pump pulse energies, pulse widths, transmissivities and reflectivities of cavity mirrors. In the experiment, a periodically poled lithium niobate crystal (PPLN) was used as the nonlinear medium. When the single pulse energy of input pump beam at 1. 06 μm was 0. 4 mJ, we could get the energy of idle wave at 3. 8 μm more than 0.07 mJ, which was qualitatively fitted by the numerical result of 0. 08 mJ.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2012(033)005【总页数】5页(P862-866)【关键词】光参量振荡器;数学模型;纳秒脉冲;高转换效率【作者】李晓林;钟建军【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047;92038部队,山东青岛266041【正文语种】中文【中图分类】TN241引言光参量振荡器（OPO）的理论模型最早在1962年提出［1－2］。
opo 光参量
OPO 光参量是一种光学参数，全称是光功率参数，用于描述光纤中的光信号传输特性。
它指的是光纤输出端的光功率，通常以毫瓦特/千米（mW/km）为单位表示。
OPO 光参量是衡量光纤性能的重要指标，直接影响到光通信系统的传输距离和传输速率。
在实际应用中，OPO 光参量被广泛应用于光学系统的设计、调试和优化。
例如，在光纤通信系统中，通过调整光的强度和相位，可以提高光信号的传输效率和稳定性；在光学成像系统中，通过控制光的强度和相位，可以提高成像的清晰度和对比度。
总的来说，OPO 光参量是光学领域中非常重要的一个概念。
它不仅可以用来描述光的强度、相位等性质，而且还可以应用于光学系统的设计、调试和优化。
光纤激光泵浦中红外光谱调控光学参量振荡器
外波长的产生和转换。
03
光谱可调谐滤波器
通过改变滤波器的参数实现中红外光谱的调谐和滤波，适用于高分辨率
光谱分析和检测。
光学参量振荡器的原理与应用
光学参量振荡器的原理
利用非线性晶体中的光学参量振荡效应，在强泵浦光作用下产生中红外波长的光，通过改变泵浦光的 波长或强度实现中红外波长的调谐。
应用
光学参量振荡器在光谱学、光学频率计量、光学通信、环境监测等领域具有广泛的应用价值。例如， 在中红外光谱学中，利用光学参量振荡器可以获得高分辨率、高信噪比的光谱数据；在光学频率计量 中，可以利用光学参量振荡器实现高精度、高稳定度的光学频率测量。
02
光纤激光泵浦系统
光纤激光泵浦技术
光纤激光泵浦技术的原理
基于光纤激光器，将一束光注入光纤，通过激光内部的粒子数反转产生光放大 ，从而实现激光泵浦。
光纤激光泵浦的优势
具有高效率、高亮度、高可靠性等优点，以及易于实现紧凑、模块化和可靠的 光纤系统集成。
泵浦源的选择与优化
泵浦源的选择
根据应用需求，选择合适的光纤 激光器作为泵浦源，考虑输出功 率、波长、光束质量等因素。
泵浦源优化
通过对泵浦源的参数进行优化， 提高泵浦光的转换效率，实现更 好的光谱调控效果。
光纤激光泵浦的应用场景
01
02
03
激光雷达
利用光纤激光泵浦技术实 现激光雷达的发射端，提 高探测距离和分辨率。
光学参量振荡器
利用光纤激光泵浦技术实 现光学参量振荡器的种子 源，调控中红外光谱的输 出。
光学通信
发展
未来，光纤激光泵浦中红外光谱调控光学参量振荡器将 会得到更广泛的应用和发展。在技术方面，将会出现更 多新的技术和方法，如新型的光纤激光泵浦技术、新型 的光学参量振荡技术等。在应用方面，其将会进一步拓 展到新的领域，如生物医学、安全防御等。同时，随着 人工智能、大数据等技术的不断发展，光纤激光泵浦中 红外光谱调控光学参量振荡器将会实现更加智能化、自 动化的控制和管理。
opo光子转换效率
opo光子转换效率OPO（光学参数振荡器）是一种基于非线性光学的光源，能够在不同的波长范围内产生相干的辐射。
在OPO中，一个高能光子与晶体中的分子相互作用，产生一个波长更大的低能光子，在此过程中，光子数量守恒，能量守恒，因此称为“光子转换”。
而“opo光子转换效率”则是OPC的一个重要指标，本文将围绕此指标展开。
第一步，了解OPC光子转换效率的定义与计算方法。
OPC光子转换效率是指高频率泵浦光与晶体相互作用后，产生的低频率信号光和自发聚变的光的能量之间的比例。
计算方法为：OPC光子转换效率 = 信号光输出功率 / 泵浦光功率。
第二步，探究OPC光子转换效率的影响因素。
OPC光子转换效率的大小和晶体质量、泵浦光功率密度、晶体长度、隙壁中的损耗、非线性常数和有效反射率有关。
晶体的质量是非常关键的。
晶体中的缺陷可以导致吸收和散射，从而降低转换效率。
厚的晶体有助于增加OPO 的输出功率，但同时也会增加损耗。
因此，找到最合适的晶体长度非常重要。
隙壁中的损耗取决于材料的横向大小。
非线性常数取决于晶体的材料种类。
有效反射率对OPO的选择有很大影响。
第三步，提高OPC光子转换效率的措施。
提高晶体质量，选择适当的晶体长度和隙壁宽度，增大泵浦光功率密度，增加OPO的激活区域，都可以提高光子转换效率。
此外，降低隙壁中的损耗，增加非线性常数，提高有效反射率等，也可以提高OPO的效率。
综上所述，OPO光子转换效率是OPC中的重要指标。
了解其定义、计算方法和影响因素，以及提高效率的方法，都可以帮助我们更好地使用OPC。
在应用过程中，我们还应注意合理使用OPO，防止高能光子损害眼睛和皮肤，保障人身安全。
固体Raman激光器与OPO激光器比较
固体Raman激光器与OPO激光器比较孙国正【摘要】The development of all-solid-state Raman laser and optical parametric oscillation (OPO) laser were summarized during the past five years.The principle and crystal of Raman laser and OPO laser were compared.An all-solid-state Raman lasers has advantages in beam quality and optical stability.While, an OPO laser has a larger tuning range and higher output power.Finally, the future development of all-solid-state Raman and OPO lasers was put forward.%综述了近5年来固体Raman激光器和光参量振荡(OPO)激光器的发展情况,并对Raman激光器和OPO激光器在工作原理、晶体材料方面进行了比较.Raman激光器在光束质量、光路稳定方面存在优势,而OPO激光器调谐范围大,输出功率高.最后对固体Raman激光器和OPO 激光器发展前景进行了简要介绍.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2011(035)003【总页数】6页(P338-342,379)【关键词】激光技术;Raman激光器;光参量振荡激光器;晶体材料【作者】孙国正【作者单位】中国兵器科学研究院信息技术部,北京,100089【正文语种】中文【中图分类】TN248.1引言1928年，印度物理学家RAMAN首次发现喇曼散射现象[1]，1962年，WOODBURY和NG用硝基苯克尔盒对红宝石激光器进行调Q研究时，首次发现了受激喇曼散射现象：除了产生的波长为694.3nm的激光外，还存在765.8nm 的激光谱线，相对激光频移为1345cm-1。
光学参量振荡器
§3.3 光参量振荡器在在非线性二阶相互作用参量放大过程中，由于泵浦光与信号光在非线性介质中的相互作用，使信号光得以放大，同时空闲光也被产生和放大。
如果将非线性介质放在谐振中，并使这个谐振腔对信号光和闲频光共振，在参量放大的增益超过损耗时，信号光和闲频光同时产生振荡。
信号光和闲频光同时在谐振腔内共振的振荡器称双共振光参量振荡器(DRO)，仅对信号光或闲频光共振的光参量振荡器称单共振光参量振荡器(SRO)。
3.3.1 双共振OPO 产生的两个光场解相位匹配条件下0k ∆=，泵浦光场损耗很小条件下的耦合波方程为：*12()()dA z ig A z dz = (3.3.1-1) *21()()dA z igA z dz= (3.3.1-2) ()30g A κ= (3.3.1-3)在非线性介质的入射端处两个光电场为()100A ≠和()200A ≠。
简化成二阶其次微分方程：()22112()0d A z g A z dz-= (3.3.1-4) ()1A z 的通解为：()()()112cosh sinh A z D gz D gz =+ (3.3.1-5)由边界条件()()110,0z A z A ==，得()110D A = (3.3.1-6)由()()()*12*122()()0sinh cosh ()0dA z ig A z dzA g gz D g gz igA z z =+== ()*220D iA = (3.3.1-7)因此得：()()()()()*1120cosh 0sinh A z A gz iA gz =+ (3.3.1-8)同理可求得：()()()()()*2210cosh 0sinh A z A gz iA gz =+ (3.3.1-9)()2A z 的共轭形式为：()()()()()**2210cosh 0sinh A z A g z iA g z =- (3.3.1-10)3.3.2 光参量振荡器的自洽条件为清楚起见，将角频率为1ω信号光场和角频率为2ω的闲频光场在谐振腔内z 处用矩阵形式描述：()()()121*2ik z ik zA z e A z A z e-=(3.3.2-1)为简化公式推倒，我们将谐振腔处理成充满非线性介质，由在b 处的矩阵为 ()()()()1122cosh sinh sinh cosh ik L ik L b ik Lik Le gL ie gL A iegL e gL --=- (3.3.2-2)输出耦合镜M2对信号光和闲频光的复数反射率系数为1r 和2r ，矩阵为1*20c b r A A r =(3.3.2-3) 返程光束沿着z -方向信号光和闲频光没有增益1200ik L d c ik Le A A e -=(3.3.2-4)如果左侧高反镜M1的反射率与右侧输出耦合镜的反射率相等，则Reference planez=0M1图 1 信号光和闲频光在腔内往返传输图1*20e d r A A r =(3.3.2-5) e d c b a A A A A A ==e a A MA()()()()11122211**2200cosh sinh 000sinh cosh 0ik Lik L ik Lik L ik Lik L r r e gL ie gz e r r ie gz e gz e ---⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦M()()()()()()()()()()111222112211**222222112222**22cosh sinh 0sinh cosh 0cosh sinh sinh cosh ik L ik L ik Lik L ik L ik L ik L ik L ik L ik Le gL ie gz r re ie gz e gz r r e r e gL ir e gz i r e gz r e gz -----⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎢⎥=⎢⎥-⎣⎦M(3.3.2-6)由自洽条件要求=e a A A (3.3.2-7)或 =a a A MA (3.3.2-8)即 ()0=a M -I A ， (3.3.2-9)式中I 为单位矩阵。
opo的基本原理
相位失配量△ ｋ 的波长表达式为：
‘
图２ ． ３ 光学参ｔ振荡的原理图
Ｋ ， ＋Ｋ ｉ 二 价
第二章 Ｑ Ｐ Ｍ和Ｏ Ｐ Ｏ的基本原理
Ａ ｋ ＝ ２ ， ｒ （ ｎ ＇ 一 ｎ ２
一 凡 兄 ２
振荡器。
Ｉ ＩＢ．．．．、
喊 、．．．万声
Ｍ ｒ
泵浦光
非线性晶体
空闲光
信 号光 泵浦光
像大多数非线性光学过程一样，Ｏ Ｐ Ｏ 必须遵守相位匹配条件。相位匹配条 件是有以下两个条件决定的：
能量守恒条件： 动量守恒条件： ｒ ｄ ， ＋（ ｖ ｉ ＝吟
对 共线 光束 而言， Ｋ ＋ Ｋ ｉ ＝ 称成 立的 条 件 是“ 刃 ： 十（ ｄ ｉ ｎ ： 一ｃ ｄ ｆ ＂ ＂ 进行适当的相位匹配， 该方程就能得到满足。 通过一定 方式改变匹配条件（ 如角度调谐和温度调谐， 周期极化晶体来说， 还有周期调谐） ，
就可调整信号光与空闲光的频率，实现激光调谐输出。 对于准相位匹配的光学参量振荡器来说，也要满足能量守恒和动量守恒条
件， 只是 在式子中 增 加了 一 个调 节项ｋ ｍ ， 则 相 位失 配量 为 式（ ２ － １ ７ ） ：
第二章 Ｑ Ｐ Ｍ和Ｏ Ｐ Ｏ的 基本原理
到６ ０ ％ 左右。 一般来说， 单模， 窄线宽， 窄脉宽及高峰值功率脉冲泵浦的光学参 量振荡器转换效率较高。 此外在同步泵浦， 光学频率综合技术及压缩态研究方面
也有不少进展。
２ ．参量振荡器的基本原理
在非线性介质中的差频过程中， 每湮灭一个高频光子可同时产生两个低频光
振腔在极短的时间内稳定。
在慢变振幅近似情祝下 ．忽略泵浦损耗 ，共线 Ｏ Ｐ Ｏ的振幅矢量公式 为：
光学参量振荡
相位匹配：信号光和泵浦光的相位匹配是产生新光的必要条件，可以通过调整晶体的角度和温度来实现。
输出光的特性：输出光具有新的频率、相位和偏振态，可以用于各种光学应用，如激光雷达、通信和生物成像等。
应用领域
激光器：用于产生高功率、高稳定性的激光
通信：用于高速、大容量的光纤通信系统
生物医学：用于生物成像、生物检测等领域
技术应用
激光器：用于产生高功率、高稳定性的光源
光通信：用于高速、大容量的光纤通信系统
生物医学：用于生物成像、诊断和治疗
国防科技：用于激光雷达、激光制导等军事应用
环境监测：用于大气、水质和土壤污染监测
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光学参量振荡设备
设备类型
01
激光器：产生激光的装置，用于产生光学参量振荡所需的光源
光学参量振荡
目录
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光学参量振荡原理
02
光学参量振荡技术
03
光学参量振荡设备
04
光学参量振荡市场
1
光学参量振荡原理
基本概念
光学参量振荡：一种非线性光学效应，通过相位匹配实现光波之间的相互作用
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非线性光学效应：光波在介质中传播时，由于介质的非线性特性，导致光波频率、相位等参数发生变化
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相位匹配：使光波在相互作用过程中保持相位一致，从而实现能量交换
随着技术的进步，光学参量振荡器在通信、医疗、科研等领域的应用将更加广泛。
随着市场需求的扩大，光学参量振荡器市场将更加细分，以满足不同领域的需求。
市场竞争
主要竞争对手：国内外知名光学参量振荡器制造商
市场份额：各厂商的市场份额分布
产品差异化：各厂商产品的特点和优势
关于光学参量振荡器OPO的研究
关于光学参量振荡器OPO的研究目录中英文摘要………………………………………………02)一、引言……………………………………………………03)二、光学参量振荡器原理………………………………04)三、光学参量振荡器的理论研究………………………08)四、 1.06μm Nd:YAG激光器的静态和动态输出特性…16)五、 1.57μm 人眼安全光学参量振荡器的研究………18)六、全文总结………………………………………………25)七、主要参考文献………………………………………26)摘要：光学参量振荡器（Optical Parametric Oscillator）作为一种可调谐，高相干的激光光源，以其独特的优良特性，一直吸引着许多研究者的兴趣。
近年来，随着非线性频率变换晶体和固体激光技术的飞速发展，使得这一领域的研究异常活跃。
研究输出人眼安全波段激光的KTP-OPO系统更是其中的热点之一。
用1.06μm波长的Nd:YAG激光泵浦KTP-OPO系统，采用II类非临界相位匹配（θ=90。
,φ=0。
），可获得1.57μm的参量信号光输出。
本论文对以Nd:YAG- KTP构成的内腔光学参量振荡器（IOPO）进行了比较全面的理论和实验研究。
5理论方面：介绍了光学参量振荡器的基本原理，并从三波互作用的耦合波方程出发，对光学参量振荡器的理论进行了分析和研究，对参量振荡的泵浦阈值、转换效率等运转特性参数进行了全面地分析，总结了OPO系统设计方面的基本原则。
6实验方面：研究了氙灯泵浦1.06μm Nd:YAG激光器的静态和动态输出特性，探索了OPO系统所需的1.06μm单脉冲输出条件。
并在氙灯泵浦、被动调Q的1.06μmNd:YAG激光腔内实现了内腔KTP-OPO系统的运转，测量了不同调Q晶体、不同耦合输出镜透过率、不同IOPO腔长条件下，内腔OPO系统的输出情况。
观测到了单脉冲和多脉冲信号光的产生，分析了多脉冲产生的原因并总结了单脉冲产生所需的条件。
基于多重准相位匹配技术的光学参量振荡器研究
基于多重准相位匹配技术的光学参量振荡器研究一、引言光学参量振荡器（Optical Parametric Oscillator, OPO）是一种基于非线性光学效应的器件，可以在光学频率范围内产生连续可调谐的较高功率激光。
OPO广泛应用于激光雷达、化学分析、生物医学等领域。
本文主要研究基于多重准相位匹配技术的OPO。
二、多重准相位匹配技术多重准相位匹配技术（Multiple Quasi-Phase-Matching, MQPM）是一种通过周期性改变非线性晶体中的极化方向来实现相位匹配的方法。
MQPM可以提高非线性晶体中的转换效率，并且可以使用长时间工作在高功率下，具有很好的稳定性。
三、基于MQPM技术的OPO原理基于MQPM技术的OPO主要由一个共面型非线性晶体和两个反射镜组成。
当输入一个泵浦激光束时，它会被反射镜反射回晶体中，产生一个强度足够大的电场。
这个电场会导致晶体中产生一个二次谐波，这个二次谐波又会被反射回晶体中，并与泵浦激光束发生混频，产生一个信号光和一个相位匹配的波长较长的中间波。
这个中间波又会被反射回晶体中，与原来的二次谐波混频，产生一个相位匹配的波长更长的信号光和一个相位匹配的波长更短的红外光。
这个红外光又会被反射回晶体中，与原来的二次谐波混频，产生一个相位匹配的波长更长的信号光和一个相位匹配的波长更短的红外光。
这个过程可以一直进行下去，直到达到所需频率范围。
四、基于MQPM技术的OPO实验在实验中，我们使用了共面型MgO：LiNbO3非线性晶体作为MQPM OPO 的非线性介质。
输入功率为10W、532nm激光束通过半球面透镜聚焦到晶体上表面，并经过两个反射镜反射回晶体内部。
我们使用了三种不同长度（5mm、10mm和20mm）的共面型MgO：LiNbO3非线性晶体进行实验，并记录了输出功率随着波长的变化曲线。
实验结果表明，随着晶体长度的增加，OPO的输出功率也随之增加，并且可以在1.5μm到4μm的范围内产生连续可调谐的激光。
提升OPO泵浦效率的七大策略
提升OPO泵浦效率的七大策略增强OPO（光学参量振荡器）的泵浦效率是提升OPO性能的关键之一。
泵浦效率的提高意味着更多的泵浦光能量被转换为有用的信号光和闲频光输出。
以下是一些增强OPO泵浦效率的方法：1. 优化泵浦源●提高泵浦光质量：使用高质量、稳定的泵浦激光器，确保泵浦光具有高功率密度和良好的光束质量。
●匹配泵浦波长：确保泵浦光的波长与非线性晶体的吸收峰相匹配，以最大化泵浦光的吸收效率。
2. 选择合适的非线性晶体●高非线性系数：选用具有高非线性系数的晶体，以提高参量转换的效率。
●优化晶体长度：晶体长度需适中，过长的晶体会增加损耗，而过短的晶体则可能无法充分利用泵浦光能量。
●相位匹配：通过精确控制晶体的温度和切割角度，实现泵浦光、信号光和闲频光之间的相位匹配，从而提高转换效率。
3. 优化谐振腔设计●合理设计腔长：腔长需与泵浦光的脉冲宽度和重复频率相匹配，以确保泵浦光和谐振光之间的时间同步。
●减少腔内损耗：采用高质量的腔镜和镀膜技术，减少腔内反射和散射损耗。
●稳定谐振腔：确保谐振腔的稳定性，避免机械振动和温度变化对谐振腔的影响。
4. 采用时域整形技术●逆阶梯脉冲：利用受激布里渊散射（SBS）等时域整形技术获取逆阶梯泵浦脉冲，可以有效降低OPO的振荡阈值并提高能量转换效率（根据参考文章2）。
●陡前沿泵浦：使用陡前沿脉冲泵浦OPO可以降低振荡阈值并提高能量转换效率（根据参考文章1）。
5. 提高泵浦光与谐振光的模式匹配●模式匹配：确保泵浦光与谐振光之间的模式匹配，以减少模式失配引起的损耗。
6. 控制泵浦光功率●适中泵浦功率：过高的泵浦功率可能导致晶体损伤或热效应加剧，而过低的泵浦功率则无法激发有效的参量振荡。
因此，需要控制泵浦光功率在合适的范围内。
7. 利用多波长泵浦●多波长泵浦：在某些情况下，采用多波长泵浦可以激发多个参量振荡过程，从而拓宽输出光谱范围并提高泵浦效率。
综上所述，增强OPO的泵浦效率需要从泵浦源、非线性晶体、谐振腔设计、时域整形技术、模式匹配、泵浦光功率控制以及多波长泵浦等多个方面入手。
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OPO工作特点 工作特点
结构简单 调谐范围大，从红外到紫外， 调谐范围大，从红外到紫外，包括可见光 工作可靠 转换效率高 重复频率可以很高 可以实现小型化与全固化光参量振荡器。 可以实现小型化与全固化光参量振荡器。
பைடு நூலகம்
对非线性晶体的基本要求: 对非线性晶体的基本要求
A具有适当大小的有效非线性系数 具有适当大小的有效非线性系数; 具有适当大小的有效非线性系数 B在工作波段范围内有高的透明度 在工作波段范围内有高的透明度; 在工作波段范围内有高的透明度 C在工作波段范围内能实现有效的相位匹配 在工作波段范围内能实现有效的相位匹配; 在工作波段范围内能实现有效的相位匹配 D能够得到足够尺寸，光学均匀性较好，物化性 能够得到足够尺寸， 能够得到足够尺寸 光学均匀性较好， 能稳定和易于加工; 能稳定和易于加工 E有较高的损伤阂值 有较高的损伤阂值; 有较高的损伤阂值 F对温度的敏感低。 对温度的敏感低。 对温度的敏感低
随着激光技术发展到21世 随着激光技术发展到 世 纪，以非线性光学晶体的 二级非线性光学效应为基 础的光学参量振荡器已达 实用化阶段。 实用化阶段。
光参量振荡器的基本原理
光学参量振荡器(OPO)作为一种宽调谐相干光源，克服了 作为一种宽调谐相干光源， 光学参量振荡器 作为一种宽调谐相干光源 固体和气体激光器输出波长的局限性， 固体和气体激光器输出波长的局限性，能够产生从紫外到 远红外激光。 远红外激光。一束频率和强度比较高的激光束与一束频率 及强度较低得光束同时通过非线性介质， 及强度较低得光束同时通过非线性介质，结果是信号波获 得放大，同时还产生出第三束光波（称为空闲波）。 得放大，同时还产生出第三束光波（称为空闲波）。 空闲波得频率正好等于甭浦光波得频率。 空闲波得频率正好等于甭浦光波得频率。这个非线性光学 现象称为光学参量放大。 现象称为光学参量放大。如果把非线性介质放在光学共振 腔内，让泵浦光波、 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， 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， 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。 振荡。这就是光学参量振荡器。
中红外OPO发展趋势 发展趋势 中红外
光学参量发生器是一种具有很大发展潜力的全固态、 光学参量发生器是一种具有很大发展潜力的全固态、宽 调谐相干光源，目前它的发展趋势主要是: 调谐相干光源，目前它的发展趋势主要是 新型非线性晶体的开发。具有宽的透光光谱范围， 新型非线性晶体的开发。具有宽的透光光谱范围，大的非
、体积小、重量轻、可高重复频率工作的特点 体积小、重量轻、
线性系数，高的损伤闭值， 线性系数，高的损伤闭值，物化性能稳定且能生长大尺寸的新型 晶体是光参量发生器的研究热点。 晶体是光参量发生器的研究热点。
准相位匹配技术的进一步发展和提高。 准相位匹配技术的进一步发展和提高。PPLN（周期性极 （
化技术）技术的进一步发展可以实现光脉冲压缩。 化技术）技术的进一步发展可以实现光脉冲压缩。
光学参量振荡器(OPO) 光学参量振荡器
简介
发展过程
发展过程
90年代，全固态激光器件 年代， 年代 有了长足的进展，为QPM 有了长足的进展， 的CW-OPO提供了优质的 提供了优质的 泵源，宽谐调，高功率， 泵源，宽谐调，高功率， 高分辨的全固态的参量激 光器正开始商品化开发。 光器正开始商品化开发。
组合调谐，来实现调谐范围的扩展和延伸。 组合调谐，来实现调谐范围的扩展和延伸。 光学参量发生器输出参量指标的进一步提高。 光学参量发生器输出参量指标的进一步提高。 利用二极管泵浦固体激光(DPL)以及光纤激光器技术， 以及光纤激光器技术， 利用二极管泵浦固体激光 以及光纤激光器技术 发展全固化宽调谐OPO，它具有高效率、长寿命、结构紧凑 发展全固化宽调谐 ，它具有高效率、长寿命、