必威体育精装版光学三波耦合过程教学课件PPT.ppt

若晶体长度为L，差频的转换效率为： 小信号下，利用上式和3.3.20可得差频的转换效率为： (3.3.22) (3.3.23) §3.3.3 光学参量放大与振荡 差频过程中泵浦光（ ）的能量转移到信号光（ ）中，使之放大，同时产生闲置光（ ）。这种过程与微波波段的参量放大类似，故称光学参量放大。 光学参量放大过程如图所示： 图3.3.5 光学参量放大过程 由3.3.23和3.3.24，且 时 所以 (3.3.24) (3.3.25) (3.3.26) 当 时参量放大器的放大倍数为 (3.3.27) 可见参量放大器的放大倍数与倍频系数d和泵浦光强有关。 光学参量振荡器：使频率为 （和 ）的光在腔内振荡增强，当频率为 的泵浦光能量超过某一阈值时，非线性相互作用的增益克服腔内损耗，即可产生稳定的频率为 （和 ）的光振荡输出的装置。 若只有频率为 的光振荡输出，称为单共振参量振荡器；若同时有频率为 和 的两光振荡输出，称为双共振参量振荡器。 参量振荡器与激光振荡器相比： 共同点：产生相干光输出 不同点：参量振荡器腔内的增益是由非线性效应引起 激光振荡器由粒子数反转产生 参量振荡器的增益是单向的，回程光不 能被 增强，只能被损耗 1.双共振参量振荡器 图3.3.6是双共振参量振荡器原理图，其中三束光是共线的。 图3.3.6 共线双共振参量振荡器原理图 下面推导光学参量振荡的阈值方程。假定晶体长度为L，两反射镜的曲率相等，对信号光 和闲频光 的反射系数分别为 ，则反射率分别为 和 ，并设晶体对泵浦光 是完全透明的。如图3.3.7所示。 图3.3.7 晶体结构的参量振荡器原理图 设在腔内泵浦光强与距离无关。腔内任一 z平面上信号光电场与闲频光电场可由一矩阵 表示： 考虑在泵浦光 激发下，在 z=0处同时产生自发辐射信号光 和闲频光 ，波方程(3.3.16)和(3.3.17)的解为： (3.3.28) (3.3.29) (3.3.30) 在 z=L处的光电场为 稳定的振荡要求满足光在腔内往返一次后 不变的自洽条件，如图3.3.8。 (3.3.31) 图3.3.8 信号光和闲频光满足自洽条件 在参考平面 处e应有 是由 乘以下4个矩阵得到：右端反射矩阵，光由右向左无增益传播矩阵，左端反射矩阵，及光由左向右参量放大矩阵，即 也就是 (3.3.32) (3.3.33) (3.3.34) 满足自洽条件 若 有不为零的解，就要求行列式 ，所以得到： 上式称为参量振荡的阈值方程，也就是参量振荡器的起振条件。 考虑腔镜对两频率光的反射损耗和相移，令 (3.3.35) (3.3.36) (3.3.37) 式中 为两腔镜引起的相移。将式(3.3.37)代入(3.3.36)，得到： 当相位条件满足 使式3.3.38左边为正实数时，对应的增益为最小值，即 ，而条件3.3.39表示频率为 的两束光为谐振腔的两个激光纵模。 (3.3.38) m,n为整数 (3.3.39) 利用 和相位条件式(3.3.39)，式(3.3.36)变成： 当 较小时，得到 再将上式代入3.3.40得到： 设 ，则 (3.3.40) (3.3.41) (3.3.42) (3.3.43) 因此双共振光学参量振荡器的阈值条件是： 由式3.2.23与上式可知，阈值条件下双共振参量振荡泵浦光的强度为 双共振参量振荡器对腔的稳定性要求很高，腔长随温度变化和振动会使振荡器很不稳定。 (3.3.44) (3.3.45) 2.单共振参量振荡器 利用非共线相位匹配技术，使三束光方向分开，如下所示。只允许信号光沿腔轴方向与谐振腔共振。 即频率为 的信号光的 沿腔轴，但泵浦光的 和闲频光的 不沿腔轴。但三束光必须满足以下相位匹配条件： (3.3.46) 图3.3.9 非共线相位匹配单共振光学参量振荡器 现在从双共振光学参量振荡器阈值方程(3.