光学参量振荡器的生产技术

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。

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。

全固态高光束质量中红外ZnGeP2光参量振荡器汇报人：2023-11-20•引言•ZnGeP2光参量振荡器工作原理•全固态ZnGeP2光参量振荡器设计与目录实现•实验结果与讨论•应用前景与未来发展引言01发展历程自20世纪60年代发现光参量效应以来，光参量振荡器经历了从液体到固体的发展历程，不断提高着输出光束质量和调谐范围。

定义与原理光参量振荡器是一种利用非线性晶体中的光学效应，通过调节泵浦光源的波长和角度等参数，实现非线性频率转换，并产生可调谐激光输出的器件。

应用领域光参量振荡器在光谱学、光学频率合成、气体检测、医疗诊断等领域有着广泛的应用前景。

光参量振荡器概述ZnGeP2是一种具有优异非线性光学性质的晶体，属于黄铜矿结构，具有高的非线性系数和宽的透明范围。

晶体结构ZnGeP2晶体在中红外波段具有显著的非线性效应，能够实现高效的光学频率转换，适用于中红外光参量振荡器的实现。

非线性效应ZnGeP2晶体具有高的化学稳定性和热稳定性，能够保证光参量振荡器的长期稳定运行。

稳定性与可靠性ZnGeP2材料特性高光束质量的定义高光束质量指的是激光输出光束的亮度、发散角、光束截面形状等参数优异，接近衍射极限的理想光束。

优点与意义高光束质量的激光输出具有更高的功率密度和更远的传输距离，有利于提高光参量振荡器的转换效率和输出稳定性。

同时，全固态结构具有紧凑、可靠、易于集成等优点，能够满足现代激光应用对小型化和高可靠性的需求。

因此，全固态高光束质量中红外ZnGeP2光参量振荡器在科研、工业、医疗等领域具有广泛的应用前景。

在未来的发展中，进一步提高光束质量和调谐范围，实现更高效、更稳定的光参量振荡器将是研究的重要方向。

全固态高光束质量的重要性ZnGeP2光参量振荡器工作原理02光参量振荡器是基于非线性光学效应工作的，其核心是非线性晶体，能够通过光与物质的相互作用产生新的光频。

非线性光学效应在光参量过程中，一个高频光子转化为两个低频光子，实现光的频率下转换，同时伴随着能量的有效转换。

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]。

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。