光学参量振荡器OPO汇总.

一.非线性基本概念线性极化率的基本概念:一、电场的复数表示法：E(r,t)=1/2E(r,ω)exp(-iωt)+c.c. (1)E(r,t)=Re{E(r,ω)exp(-iωt)} (2)E(r,t)=1/2E(r,ω)exp(-iωt) (3)以上三者物理含义是一致的，其严格数学表示是（1）式。

（注意是数学表达式，所以这种表示法主要还是为了运算的方便，具体那些系数、共轭神马的物理意义是其次的，不用太纠结。

）称为复振幅，代表频率为的简谐振动，的频率仅是数学描述，物理上不存在。

1/2是归一化系数。

对于线性算符，可采用（3）式进行简化计算，然后加c.c.或Re{ }即可对非线性算符，必须采用（1）式的数学形式计算二、因果性原理：某时刻的电场只能引起在此时刻以后介质的响应，而对此时刻以前的介质响应没有贡献。

也可以这样说，当光在介质中传播时，t时刻介质所感应的极化强度P(t)不仅与t时刻的光电场有关，也与此前的光电场有关。

（先有电场E，后有极化P）与此相关的是时间不变性原理：在某时刻介质对外电场的响应只与此前所加电场的时间差有关，而与所取的时间原点无关。

于是，极化强度表达的思路即是先找到时刻t之前附近的一段微小时间t-τ=dτ内电场的作用，再对从电场产生开始以来的时间进行积分，求得总的效应。

τ时刻电场，影响其后的极化：t时刻的极化，来自其前面时刻的电场贡献：或t时刻的极化，来自前面时刻的电场贡献：三、线性极化率：其中四、介电常数（各向同性介质）：五、色散：由于因果性原理，导致必然是频率的函数，即介质的折射率和损耗都随光波长变化，称为色散现象。

正常色散：折射率随波长增加而减小。

六、KK关系:以上两式为著名的KK色散关系，由K-K关系课件，只要知道极化率的实部和虚部中任何一个与频率的函数关系（光谱特性）就可通过此关系求出另外一个。

线性极化率张量同样满足真实性条件：,所以，这两式是线性极化率的KK关系。

七、极化率的一维谐振子经典模型:没希望考了。

温度调谐准相位匹配光学参量振荡器*臧贵艳,姚建铨,张百钢,徐德刚,王涛,张浩,王鹏(天津大学精密仪器与光电子工程学院,激光与光电子研究所,教育部光电信息技术科学重点实验室,天津300072)摘要:对准连续泵浦的准相位匹配(QPM)光参量振荡器(OPO)进行了实验研究。

利用二极管(LD)泵浦的Nd:YAG激光器,泵浦周期为29L m的周期极化LiNbO3(PPLN)晶体,得到信号光(1500nm)的高输出功率(平均功率>100mW),并且通过调谐晶体温度(80~250e),获得了信号光输出波长的调谐范围为1.48 ~1.54L m。

关键词:光参量振荡器(OPO);准相位匹配(QPM);周期极化LiNbO3(PPLN)中图分类号:O437.4文献标识码:A文章编号:1005-0086(2003)05-0469-04Temperature Tuning Quas-i phase Matched Optical Parametric OscillatorsZ ANG Gu-i yan,YAO Jian-quan,ZHANG Ba-i gang,XU De-gang,WANG Tao,Z HANG Hao,W ANG Peng(Key Laboratory of Optoelectronics Information Science and Technology,E MC,Institu te of Lasers and Optoelectronics, College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering,T ianjin University,T ianjin300072,China)Abstract:A quas-i phas e matched(QPM)optical param etric oscillator(OPO)pum ped by Q-s witched Nd: YVO4laser was prenseted.U sing a single period(29L m)peri odically poled Li N bO3(PPLN),the high output power>100mW(at1500nm)was obtained.Furthermore a tunable infrared(IR)output from1.48~1.54 L m was obtained by tuning the temperature of PPLN(80-250e).Key w ords:optical parametric oscillator(OPO);quas i phase matched(QPM);periodically poled LiNbO3 (PPLN)1引言可调谐红外相干光源有着广泛的用途[1]。

纳秒光参量振荡器随着现代通信技术和量子信息技术的快速发展，光学器件的精度和性能要求越来越高。

其中，光参量振荡器作为一种重要的光学器件，被广泛应用于光通信、光学测量和量子信息等领域。

本文主要介绍一种新型的光参量振荡器——纳秒光参量振荡器。

一、光参量振荡器的原理光参量振荡器是一种基于光参量效应的器件，利用非线性晶体在高强度激光的作用下，将输入的激光分裂成两个频率不同的相干光。

其中一个光束为信号光，另一个光束为参考光。

信号光的频率与参考光的频率之差称为频率差。

通过调节激光的功率和晶体的长度，可以控制频率差的大小和稳定性。

光参量振荡器可以产生高度稳定的光源，用于高精度光学测量和光通信中的频率合成。

二、纳秒光参量振荡器的设计与制备传统的光参量振荡器往往需要使用长晶体或高功率激光才能产生稳定的频率差。

但是，长晶体会增加器件的体积和重量，而高功率激光则会增加器件的成本和复杂度。

为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型的纳秒光参量振荡器，它采用超短脉冲激光和微型晶体，可以实现高效率和高稳定性的光参量振荡。

纳秒光参量振荡器的核心部件是一块微型非线性晶体，通常采用铌酸锂或钛酸锂等材料。

这些晶体具有较高的非线性系数和光学损耗，可以在较短的长度内产生光参量效应。

为了提高光参量振荡器的稳定性，晶体的长度通常控制在几毫米以下。

纳秒光参量振荡器的激光源采用超短脉冲激光器，通常为飞秒激光器或皮秒激光器。

这些激光器具有短脉冲宽度和高峰值功率，可以在微型晶体中产生高强度的光参量效应。

同时，超短脉冲激光器的频率稳定性也非常高，可以保证光参量振荡器的频率稳定性。

三、纳秒光参量振荡器的应用纳秒光参量振荡器可以作为高稳定性光源，用于光学测量和光通信等领域。

例如，在光频传递和光学钟等高精度测量中，需要使用高稳定性的光源来实现频率合成和频率比较。

纳秒光参量振荡器可以产生高度稳定的光源，满足这些测量的需求。

在光通信中，光参量振荡器通常用于产生光学频率梳，用于调制和解调光信号。

第35卷，增刊V b L35Suppl em e nt红外与激光工程I nf r ar ed a nd L a ser E n gi n eer i ng2006年10月O ct．2006双波长输出K T P光学参量振荡器李菲，聂劲松(电子工程学院光电系，安徽合肥230037)摘要：随着人眼安全激光器在军事上的广泛应用，光电对抗需要一种能够同时输出一定能量1．缸岬激光和1．06um激光的oPo装置。

对oPo装置的工作物质、系统结构和各项参数进行设计，并研制出1．57“m 激光和1．06岬双波长非临界相位匹配K TP光学参量振荡器(O P0)。

使用N d：Y A G激光器1．06岬l激光泵浦，获得12m J／Pul s e的1．57岬激光和57m J／Pul se的1．06“m激光，重复频率为1H z，单谐振效率达到15％，光束发散角约为3m r ad。

关键词：双波长输出；光学参量振荡器；非临界相位匹配；K TP中图分类号：TN249文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增c-0228．05D ual w a V e l engt h K T P opt i cal pa r am e t r i c osc i l l at orL I F ei，N I E Ji n—song(D e pa nm e m ofop仃o ni cs，El∞仃on i c Eng i ne e r ing I船t“ut e，H e fej230037，C hi恤)A bst m ct：Eye—s af e1a∞r is w i del y used i n m i l i t a秒a fra i rs and O P OⅥ，hi ch c an out put1．57岬l aser and1．06岫l as er is needed by el ec t r o—opt i cs count enl l easur e．The a ct i ve m edi um，s ys t em st r uct ur e and ot he r param et er s of t heO P O ar e desi gned，矗J】r t he r，dua l w avel engt h nonc r i t i ca l l y phas e—m at ched O qC P M)K T P oP O ar c deV el op ed．T heO P O is pum ped w i t h1．06¨m N d：Y A Gl a se r．T he out put of1．57岬l aser i s12m J／Pul s e and t11a t of1．06U m l as er i s 57m J／P ul s e under pul se r e pe t i t i on r a t e of1H z．T he S R o con V er s i on em ci enc y i s15％孤d be锄di V e rgence a ngl e i s 3m r ad．K ey w or ds：D ual w avel engt h out put：O PO；N oncr i t i c al l y pha se-m a t c hed；K11PO引言目前在军事上应用非常广泛，技术上最成熟的是N d：Y A G的1．06岬激光技术，但由于1．06¨m激光对人眼极不安全，人眼安全激光器成为当前发展的一个重要方向。

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。