光学参量振荡器OPO

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。

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。