第6讲光学参量振荡器.
光学参量振荡课件.
产生原理 仅对信号光放大的器件
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
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单共振光学参量振荡器
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。
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对BBO晶体采用Ⅰ类相位匹配，晶体尺寸为7.5x9.5xl4mm， 切割角为θ =28o。
M2、M3：谐振腔；M1：耦合镜；M4、M5：双色镜。
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光学参量振荡器种类
运转 脉冲、连续
工作方式 单模、多模 泵浦源
固体、气体、染料、准分子、半导体、光纤等激光器以 及二极管直接泵浦
E
的光学参量振荡器。
研制了无共振腔的光学参量振荡器。
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光学参量振荡器基本原理
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。
C
1968年Smith及Byer研制 振荡器。
D
成功了连续运转的光参量
1970年Smith和Parker及Ammann等人将
光学参量振荡器置于激光器谐振腔内，分 别研制成功了连续和脉冲的内腔式光学参 量振荡器；1971年Yarboraugh和Massey
在70年代中期由Chromatix 公司生产了第一台商品化
输出激光 长脉冲，几个纳秒到皮秒，甚至进入飞秒量级 脉冲宽度 共振 腔型 单共振、双共振 从直腔发展为三镜、四镜、多镜折叠环形腔结构
基于介电超晶格的回音壁模式光参量振荡器
基于介电超晶格的回音壁模式光参量振荡器一、引子大家好，今天咱们聊点有意思的东西——回音壁模式光参量振荡器。
听起来好像很高深对吧？别担心，放轻松，我就跟你们唠唠这玩意儿到底是什么。
说白了，回音壁就是一种特殊的光学效应，它能让光在一个小小的区域内来回反射，像在一个“回音壁”里面来回弹跳。
而光参量振荡器呢，顾名思义，就是能把光“振荡”出来的设备，它用的是一种特殊的光学非线性效应，让光的频率发生变化，从而产生新频率的光。
那这两个东西合在一起，听着像是科幻电影里的黑科技，实际上它们能在很多领域带来革命性的改变，特别是在通讯、成像、甚至量子计算等领域。
二、介电超晶格的神奇之处介电超晶格听上去像个外星科技，但其实它的原理很简单。
想象一下，咱们常见的材料可能是均匀的，但介电超晶格就像是给这些材料打上了个“马赛克”，通过不断重复和排列不同的介电材料，形成了一种非常特殊的结构。
就像是用不同颜色的砖块砌成的墙壁，不同的颜色之间互相作用，创造出了一种新的物理现象。
这些不同的介电层会让光发生奇妙的相互作用，使得光的传播发生了某些预料之外的变化。
你可能会问，这和回音壁模式光参量振荡器有什么关系呢？这两者之间的结合简直是天作之合！介电超晶格通过其独特的结构能为光提供一个完美的“回音壁”环境，让光在其中多次反射，增强了光和物质之间的相互作用。
而这一点，对光参量振荡器来说简直就是锦上添花。
因为这种环境可以帮助振荡器更好地产生各种频率的光，简直是无敌了。
三、光参量振荡器的“心跳”说到光参量振荡器，不得不提到它的工作原理。
其实它的核心工作原理就是基于非线性光学效应。
当强光通过非线性材料时，它会和材料发生相互作用，导致输出的光频率发生变化。
就像你听到一个音符后，会根据它的频率变化出其他的音符一样，光也能通过这种“频率转换”来产生新的光波。
你问那这些新频率光在哪儿能用上？答案就是啥都能用！从高精度的光谱分析到信息处理，它们都能大显身手。
光参量振荡器
应用
现在光参量振荡器被用于产生调制到原子跃迁频率的光的压缩态的光源，来研究原子如何和压缩态的光发生 相互作用
最近还有研究表明，简并的光参量振荡器可以被用作一个不需要后处理的全光量子随机数发生器。
感谢观看
下转换过程在单光子机制下确实存在：每一个在谐振腔中消失的泵浦光子都在谐振腔内转换成了一对信号光 和闲频光光子。这导致了信号光和闲频光光场强度的量子相关，这其中就有光场减弱中的压缩，由此产生了下转 换领域中“孪生光束”的说法。目前获得的最高的压缩水平达到了12.7 dB。
1988年，理论上预言了孪生光束的相位也是量子相关的，可以导致纠缠。分别于1992年和2005年，低于和高 于阈值的产生的量子纠缠被第一次测量。
简介
光参量振荡器（英语：Optical Parametric Oscillator）是一个振荡在光学频率的参量振荡器。它将输入 的频率为的激光（所谓的泵浦光），通过二阶非线性光学相互作用，转换成两个的频率较低的输出光（信号光和 闲频光），两个输出光的频率之和等于输入光频率：。由于历史的原因，两个输出光被称为“信号光”和“闲 频”，其输出波较高频率的“信号”。一个特殊情况下的简并的光参量振荡器，恰好输出频率为的泵浦光的频率 的一半，这可能导致在半谐产生的时候“信号光”和“闲频光”有相同的偏振。
光子的转换效率，单位时间内输出光（信号光或闲频光）的光子数除以输入的泵浦光光子数，可能很高，在 几十个的百分比的量级上。典型的阈值泵浦光强在几十个毫瓦到几个瓦特的量级，取决于谐振腔的损耗，相互作 用的光波频率，非线性材料内的光的功率密度，以及材料的非线性系数。几瓦的输出光强是可以实现的。连续波 和脉冲的光参量振荡器都是存在的。后者更容易搭建，因为高光强只持续在一秒中的很小一部分，对于非线性材 料和谐振腔的损伤都要小于连续的高强度光波。
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。
光学参量振荡器特点与应用总结
光学参量振荡器特点与应用总结OS 4500光学参量振荡器是一个紧凑的、集多功能于一身的连续激光光源，结合了优异的光谱特性与超宽调谐范围。
具有单频运行、窄线宽、低噪声及优异光束质量等特点，使其能理想地用于高分辨光谱学及其它红外光谱区需要精密计量的诸多应用。
OS 4500光学参量振荡器配备了一个集成泵浦激光器以及电路稳定控制。
通过非线性晶体(掺铌酸锂氧化镁)的周期性极化转换输出信号光(1.38 - 2.00 μm)与闲频光(2.28 - 4.67 μm)。
晶体内置于光学谐振腔内实现光学参量振荡，腔内标准具(ICE)确保稳定的单频运行输出。
信号光和闲置光辐射是通过在单晶体上整合多个极化周期而实现的。
无需更换任何光学组件，系统便可以调谐到所需要的频率输出。
通过以下几个层次实现调谐：1.粗调谐，通过手动改变非线性晶体的横向位置以选择合适的光栅2.温度调谐，在同一个光栅内找到所需的波长3.标准具调谐，在光参量振荡器的增益带宽内，选择理想的谐振辐射腔体模式4.无跳模连续调谐，通过改变泵浦激光器的频率实现典型参数可选项高泵浦功率选项OS 4500标配一个1.2W的泵浦激光器。
可为其选配一个2W的泵浦激光器，对应的输出功率可提高近50%。
激光振镜扫描选项用于选择共振波（包括信号光和闲频光）频率的标准具的倾角，通常通过其对应的精密旋钮进行手动调节。
此外，光参量振荡器还可以配置激光振镜扫描使用模拟信号输入进行电动调节标准具的角度。
典型应用l 计量学PE cw-OPOs结合钛宝石飞秒激光光学频率梳使用提供可见光和中红外光波段间的相位相干桥，并首次在1064nm Nd:YAG激光器和3.39um光频标准之间实现直接光频比对。
FIG. 1: OPO-comb tandem as a bidirectional coherent link between IR and visible spectral ranges.FIG. 2 Scheme of phase locking of the OPO output frequencies and a Ti:Sapphire femtosecond laser comb to a He–Ne/CH4 frequency standard.【E.V. Kovalchuk et al., Opt. Lett. 30, 3141 (2005)】cw-OPO当被稳定到频率标准上可从近红外到中红外波段输出超稳定的辐射频率，它也可能开启分子光谱学一个新的前景。
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
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。
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。
光学参量振荡器笔记
光学参量振荡器笔记一、参量放大光学参量放大实质上是一个差频产生的三波混频过程。
此处对频率为3ω的泵浦光同时放大频率为1ω和2ω的信号光和空闲光随z 变化的一般规律进行总结性的简要推导。
单色平面光波在稳态条件下的非线性耦合波方程：z ik n NLn nn n n e z P a k i dz z dE -'⋅=),()(2),(20ωωωμω由此得到三波混频中的耦合波方程组：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧'⋅='⋅='⋅=---z ik NLzik NL zik NL e z P a k i dzz dE e z P a k i dz z dE e z P a k i dz z dE 321),()(2),(),()(2),(),()(2),(333230322222021112101ωωωμωωωωμωωωωμω 其中⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧='-='-='+-*-*z k k i NL z k k i NL z k k i NL e z E z E a a z P e z E z E a a z P e z E z E a a z P )(212121)2(03)(131313)2(02)(232323)2(01211323),(),()()(:),(2),(),(),()()(:),(2),(),(),()()(:),(2),(ωωωωωωχεωωωωωωωχεωωωωωωωχεω如果介质对频率1ω、2ω和3ω的光波都是无耗的，即1ω、2ω和3ω远离共振区，引入实数)2(eff χ，称为有效非线性极化率：)()()(),()()()(),()()()(),(13213)2(23123)2(21321)2()2(ωωωωωχωωωωωχωωωωωχχa a a a a a a a a eff-=-==得到进一步简化后的三波混频的耦合波方程组⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧===∆*∆-*∆-*kz i eff kzi eff kzi eff e z E z E c k i dzz dE e z E z E c k i dz z dE e z E z E c k i dz z dE ),(),(),(),(),(),(),(),(),(21)2(2323313)2(2222223)2(21211ωωχωωωωχωωωωχωω 根据光子通量表示式ωωμεωωω 200)(2E n S N ==引入ωA ，其平方正比于光子通量)(2002ωεμωN A =，代入上式得ωωωA nE 21)(=，再对耦合波方程组中)(1ωE 和)(2ωE 进行变量代换，得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=Γ-∆-=Γ-∆+***0022022221201212A dz dA k i dzA d A dz dA k i dz A d 其中3)2(0021210E n n eff χεμωω=Γ，代入边界条件⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧Γ===*=*=*=)0()0()()0()(2001202101A i dzdA A z A A z A z z z 求解方程得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧ΓΓΓ-ΓΓ∆-Γ=ΓΓΓ+ΓΓ∆+Γ=*∆-**∆)sinh()0()]sinh(2))[cosh(0()sinh()0()]sinh(2))[cosh(0(1022220121z A i z k i z A e A z A i z k i z A e A kz ikzi 其中2202⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-Γ=Γk该式表示了在一般情况下，信号光和空闲光随其通过非线性晶体距离z 的变化规律。
光学参量振荡
光学参量振荡是一种基于参量放大器原理的光学现象。
它是利用非线性晶体中的非线性效应来将一个光束分裂成两个频率非常接近的新的光束，这两个光束之间的光频差固定为晶体厚度的一半。
这种光学现象不仅在实际应用中有着广泛的应用，而且在研究领域和基础理论研究中具有重要意义。
一、的基本原理是一种非线性光学过程，它的基本原理是利用参量放大器原理。
参量放大器即将两个输入泵浦光束在非线性晶体中叠加，通过频率转换将一个输入光束增强，另一个光束来自于晶体中的非线性过程而形成。
它的实现需要考虑非线性晶体的特性，光波的相位匹配和能量守恒等问题。
需要遵循两个频率关系:晶体中的振荡频率Ω为两个光子频率ω1和ω2之和或者差，Ω=ω1±ω2，其中“+”表示共振振荡，也称为正参量振荡，“-”表示反共振振荡，也称为反参量振荡。
通常情况下，Ω是仅存在于振荡的新光束之间的光频差，并且与晶体的长度和类型有关，通常为一个固定值。
二、的应用在实际应用中有着广泛的用途。
最常见的应用和特性的体现主要包括：1、光学测距。
在信号处理与通信领域，技术可以实现高精度的测距系统。
把两个处于同一波长的波分别当作参量振荡的信号光和本振光，通过衰减测量其相位差异，可以测量出两个光波的光程差。
2、高功率激光器的制作。
利用参量振荡技术可以制作出高功率的激光器，通过三波共振或反向参量振荡，可以达到高功率的输出，实现可调谐的激光输出。
3、光学频率混频。
还可以用于光学频率混频。
这里的频率混频实际上是两波光线的混合，得到具有与电路信号混频相同频率特性的光束，从而实现了从光学上的混频，扩展了其应用领域。
4、光学频率稳定。
利用参量振荡技术可以制作更加稳定的光源，晶体的斜度和温度等因素对光频差很敏感，因此可以通过调整这些因素使光频差固定，从而实现光学稳定。
三、的发展历程的历程可以追溯到20世纪50年代，当时科学家们首次发现了参量振荡的现象。
随着光学技术的发展，参量振荡技术也得到了极大的发展。
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。
光学参量振荡器的生产技术
一种光学参量振荡器，包括：泵浦激光源装置，用于产生泵浦光；泵浦光控制装置，用于接收泵浦光，并对泵浦光的光斑尺寸和偏振方向进行调节，包括双色镜，并将调节后的泵浦光通过双色镜导出；谐振腔装置，包括非线性光学晶体、高反射率腔镜以及输出耦合镜，其中，非线性光学晶体设于高反射率腔镜和输出耦合镜之间，非线性光学晶体用于接收双色镜导出的泵浦光并实现生成信号光和闲频光，并将其导出至高反射率腔镜；高反射率腔镜的法线方向与泵浦光方向设有预设夹角，用于反射泵浦光至非线性光学晶体，以使反射的泵浦光与入射的泵浦光在晶体内部形成准共线，信号光和闲频光依次通过双色镜和输出耦合镜输出。
权利要求书1.一种光学参量振荡器，包括：泵浦激光源装置(100)，用于产生泵浦光；泵浦光控制装置(200)，用于接收所述泵浦光，并对所述泵浦光的光斑尺寸和偏振方向进行调节，包括双色镜(208)，并将调节后的泵浦光通过所述双色镜(208)导出；谐振腔装置(300)，包括非线性光学晶体(301)、高反射率腔镜(302)以及输出耦合镜(303)，其中，所述非线性光学晶体(301)设于所述高反射率腔镜(302)和输出耦合镜(303)之间，所述双色镜(208)设于所述输出耦合镜(303)和非线性光学晶体(301)之间，所述非线性光学晶体(301)用于接收所述双色镜(208)导出的泵浦光并实现非线性光学转换生成信号光和闲频光，并将其导出至高反射率腔镜(302)；所述高反射率腔镜(302)的法线方向与所述泵浦光方向设有预设夹角，用于反射泵浦光至非线性光学晶体(301)，以使所述反射的泵浦光与入射的泵浦光在晶体内部形成两束准共线泵浦光，所述两束准共线泵浦光生成的信号光和闲频光依次通过所述双色镜(208)和输出耦合镜(303)输出。
2.根据权利要求1所述的光学参量振荡器，所述泵浦光控制装置(200)沿光路方向还依次包括高能吸收光阑(202)、偏振分束立方体(204)、透镜(207)，且所述偏振分束立方体(204)前后各设一半波片(203)分别为第一半波片和第二半波片，且所述第一半波片和第二半波片可旋转，所述透镜(207)前后各设一光路校准光阑(206)分别为第一光路校准光阑和第二光路校准光阑，其中，高能吸收光阑(202)用于限制所述泵浦光的光斑尺寸以及吸收经谐振腔光路偏离后的泵浦光，以保护所述泵浦激光源装置(100)不被返回的泵浦光损伤；半波片(203)用于旋转所述泵浦光的线偏振方向；偏振分束立方体(204)用于将所述泵浦光的水平偏振成分和竖直偏振成分分开，并将所述泵浦光的竖直偏振成分发送至第二半波片；光路校准光阑(206)用于校准泵浦光路；透镜(207)用于调节所述泵浦光的光斑尺寸；所述从第二光路校准光阑出射的泵浦光通过所述双色镜(208)导出。
光学参量振荡器OPO
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。
基于准相位匹配技术的光学参量振荡器的原理
基于准相位匹配技术的光学参量振荡器的原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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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
01
02
03
04
05
3
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
01
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
01
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
03
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
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SHG
1 1 1
光学参量振荡器
(Optical Parametric Oscillator)
1
SFG
1
1
DFG
1
图 1 三波相互作用 过程，↓表示输入频 率，↑表示产生的频 率
1
OPA
1 1 1
L
that both the signal A (0,1 )and idler A (0,2 ) beam are effectively input into
A (0, 3 ) A (0, 1 ) A (0, 2 )
(2)
A(0, 1 ) 0 and A(0, 2 ) 0
A ( L, 3 ) A (0, 3 ) A ( L, 1 ) A ( L, 2 )
+z Pump High reflector
光参量振荡器基本结构
medium Output coupler
s, i
乔麦特和米勒1965年研制的第一台光学参量振荡器
E(1)
E(2)=0
参量增益：
n 2.24
设 k=0
E(3)
差频产生和 参量放大
LiNbO 3 parametric amplifier 3 0.53 m 1 2 1.06 m
(2) d eff d15 5.95 pm / V
I (0, 3 ) 5MW/cm 2 L 1cm
I 3 (0) I 3 (0)(MW/cm 2 )
0
2 2d eff n1 n2 n3 12 c 0
0.172d eff (pm/V) n1 n2 n3 1 (μm)2 (μm) 0.64cm -1
G(L,a ) sinh 2 (L)
1 0.64 (e e 0.64 )2 0.47 4
Single pass gain is 47%
HR@s HT@i HT@p
PR@s HT@i HT@p
HR@s HR@i HT@p
PR@s PR@i HT@p
A1 ( z) D1 cosh 0 z D2 sinh 0 z ; A2 ( z) F1 cosh 0 z F2 sinh 0 z
z 0
A1 0 ; A2 ( z )
z 0 * 2
A2 0 ; dA2 z dz
3
1
2
OPO
Parametric generation
参量放大器：频率为1和3的光波差频出2的光波，同时频 率为1的光波得到放大，称为参量放大，功率放大倍数为： E(1) A12 L 2 2 cosh 0 L 1 sinh 0 L 2 A1 0 E(2)=0 参量增益 E(3) 2 2 1 8 d eff 1 0 I 3 (0) 为相位匹配条件下的增益系数 0 lc 0c n1n2 n3 12 (1/cm), l 为表征参量放大过程的特征
长度
c
光学参量振荡器（Optical Parametric Oscillator）：在相位匹配条件下， 高频泵浦光与两个低频光相互作用，两个低频光都得到放大。如果将非线性介 质放在谐振腔内，并使这个谐振腔对这两个低频光共振，在参量放大的增益超 过损耗时，两个光波会同时产生振荡。 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)。
z 0
dA1 z dz
z 0
D2 0 i 0 A 0 ;
F2 0 i 0 A1* 0
通解系数：
* D1 A1 0 ; D2 iA2 0
* F1 A2 0 ; F2 iA1 0
0 A3 0
8 d I3 0 0cn1n2n3 12
2 2 eff
1
2
化为二阶齐次微分方 程组：
通解为
A1 ( z )
由边界 条件：
* d 2 A1 ( z ) dA2 z 2 i A 0 3 0A 1 z 2 dz dz 2 * dA d A ( z ) 1 z 2 2 i A 0 3 0 A2 z 2 dz dz
Solve equations beቤተ መጻሕፍቲ ባይዱow for the above boundary conditions, i.e.
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
参量增益（Parametric Gain)
频率为3 的泵浦光 场不损耗， 耦合波方 程：
dA1 ( z ) * i A 0 A ( z) 3 2 dz dA2 ( z ) i A 0 A* ( z ) 3 1 dz
HR@s HR@i HR@p
PR, 高反；HT，高 透；PR，部分反射
图 OPO三种工作方式
HR@s HR@i HR@p
Reflection
Reflection Phase accumulation Phase accumulation
' R1
R1
-Similar to amplifier problem but in this case the steady-state condition means the cavity. Solve problem with these two initial conditions After interacting in forward pass with pump beam inside cavity