07-第五章-光學(xué)參量振蕩1

第五章光學(xué)參量振蕩光學(xué)參量振蕩（上）

§1引言 二階非線性光學(xué)混頻過程：強(qiáng)+強(qiáng)強(qiáng)

和頻 差頻 倍頻 二階非線性光學(xué)參量過程：強(qiáng)+弱弱 上轉(zhuǎn)換 下轉(zhuǎn)換 條件：相位匹配、（輔助腔）光學(xué)參量振蕩（上）

§2光學(xué)參量放大 輸入光場：泵浦光 強(qiáng)光

信號光 弱光 輸出光場：泵浦光 強(qiáng)光

信號光 閑置光耦合波方程光學(xué)參量振蕩（上）

§2光學(xué)參量放大小信號近似光學(xué)參量振蕩（上）

§2光學(xué)參量放大 變量代換光學(xué)參量振蕩（上）

§2光學(xué)參量放大解 初始條件：相位匹配光學(xué)參量振蕩（上）

§2光學(xué)參量放大時 相位失配光學(xué)參量振蕩（下）

參量過程參量放大 輸入

輸出 小信號近似下的耦合波方程光學(xué)參量振蕩（下）

解得： 考慮輸入場只有信號光 在相位匹配條件下光學(xué)參量振蕩（下）

信號光場/閑置光場的輸出隨增益系數(shù)和晶體長度的變化光學(xué)參量振蕩（下）

§3光學(xué)參量振蕩光學(xué)振蕩 激光：諧振腔+增益介質(zhì)

諧振條件：單程增益單程損耗 （穩(wěn)定運行：單程增益等于總的單程損耗）考慮介質(zhì)長度=腔長，介質(zhì)無損耗，只有腔鏡輸出損耗 耦合波方程光學(xué)參量振蕩（下）

§3光學(xué)參量振蕩方程的求解光學(xué)參量振蕩（下）

§3光學(xué)參量振蕩 考慮相位失配很小 振蕩條件振蕩閾值 泵浦光場的閾值 考慮相位匹配光學(xué)參量振蕩（下）

§3光學(xué)參量振蕩雙共振參量振蕩器與單共振參量振蕩器 雙共振（DRO）：

單共振（SRO）：振蕩閾值 雙共振： 單共振：光學(xué)參量振蕩（下）

§3光學(xué)參量振蕩頻率穩(wěn)定性 雙共振： 頻率與腔長的關(guān)系

單次往返的相位 腔長變化光學(xué)參量振蕩（下）

§3光學(xué)參量振蕩 單共振： 頻率與腔長的關(guān)系 單次往返的相位光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧相位匹配 能量守恒、動量守恒 正常色散介質(zhì)

各向異性介質(zhì)中的雙折射光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧負(fù)單軸晶體光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧角度調(diào)諧 在共線傳播的前提下，若 選定，要實現(xiàn)相位匹配，就必須找到合適的相位匹配角度，即找到合適的泵浦光波矢方向 。在該角度下入射頻率為的激光，當(dāng)光強(qiáng)超過閾值時，在相同方向片會出現(xiàn)參量光 輸出。 當(dāng)泵浦光的入射方向改變時（即改變），緣由的兩個參量光頻率無法在滿足共線的相位匹配條件，此時（可能）存在另外兩個頻率滿足相位匹配條件。由此，可以利用對泵浦光角度的連續(xù)變化，實現(xiàn)參量光頻率的連續(xù)變化，實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。（此時，參量光頻率仍滿足能量守恒 ）光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧非簡并情形 設(shè)泵浦光頻率固定，其入射角為時，輸出的參量光為 （考慮負(fù)單軸晶體的I型相位匹配） 當(dāng)入射角度發(fā)生小角度變化時 其參量光輸出發(fā)生相應(yīng)變化 此時相位匹配關(guān)系為 僅計一階項展開光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧 又 得：光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧簡并情形光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧 得：調(diào)諧曲線 由相位匹配可得到泵浦光頻率固定時，參量光頻率 與調(diào)諧角度的關(guān)系光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧 得：光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧倍頻的調(diào)諧角度光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧溫度調(diào)諧 折射率是波長/頻率、片震、溫度的函數(shù)。 設(shè)泵浦光頻率固定，入射角度固定，當(dāng)溫度為T時，輸出參量光為 當(dāng)溫度發(fā)生微小變化時

輸出參量光變?yōu)榉呛啿⑶樾喂鈱W(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧 得：簡并情形光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧帶寬 考慮允許微小的相位失配 泵浦光頻率固定時，完全相位匹配的參量光為 小量失配允許的參量光為光學(xué)參量振蕩（下）

§4相位匹配及頻率調(diào)諧簡并光學(xué)參量振蕩（下）

§5用于混頻、參量過程的二階非線性光學(xué)晶體 混頻、參量過程對晶體的要求具有非中心對稱的結(jié)構(gòu)，存在非零的二階非線性系數(shù)在工作波短范圍內(nèi)有較高的透射系數(shù)在工作波短范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)相位匹配有較高的光學(xué)損傷閾值能夠得到足夠尺寸的、光學(xué)均勻性好的晶體物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，易加工 晶體性質(zhì)的主要差別大的非線性系數(shù)與相位匹配僅在一定波段范圍內(nèi)同時存在損傷的分類： 體積損傷——晶體內(nèi)光路出現(xiàn)小泡沫或細(xì)絲：熱斑不可恢復(fù) 表面損傷——入射