[理學(xué)]20xx非線性光學(xué)03b光學(xué)混頻與光學(xué)參量振動(dòng)(參考版)
2024-12-11 00:40本頁面
【正文】 47/48 。 ( )n w注意 ： 不變，其折射率隨角度變化， 的變化導(dǎo)致 和 折射率的變化；這種變化反過來改變 和 。231。231。231。 犏臌=驏 抖182。 輊= 臌182。犏+ D D + D犏 182。174。 。o o ew w w+?II 型相位匹配： ( ) ( ) ( )1 2 3。 。桫犏臌式中 是泵浦光強(qiáng)， 為 DRO的泵浦閾值光強(qiáng)， ，則有 DRO的轉(zhuǎn)換效率為 30I 3tI 30 3tIN I=( )12302 1II NINhD + D= = 當(dāng) 時(shí)，效率達(dá)到極大值 4N=m ax 50%h =hN0 5 10 15 2000 . 10 . 20 . 30 . 40 . 5反向泵浦光功率為 ( ) ( )3301 tI N I =影響效率的主要因素： 反向泵浦光 推導(dǎo)本節(jié)的理論描述 ( ) ( ) ( )30 1 2 33 1 22212118t D R O n n n cI R RdLe ww= ( 2 )33 2 dc n c nwwkc==42/48 消除反向波的有效方法為采用環(huán)腔構(gòu)成 DRO，其最大效率理論上可達(dá)到 ( )4 1NNh =100%1M 3M2M3LiNbO環(huán)形腔光學(xué)雙共振參量振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖 Constant Temperature Chamber Pump Signal Outputs 43/48 ? 參量振蕩器的頻率調(diào)諧 參量振蕩器中輸出頻率由能量和動(dòng)量守恒所確定，即 3 1 2 3 1 2, k k kw w w =+＝ ＋( ) ( )3 3 2 1 1 2n n n nww = 因此知道了折射率 的色散，信號(hào)頻率 即可確定。231。D = 231。231。238。 镲239。= 睚239。 禳239。239。231。231。=D眄 ?231。镲 231。 驏镲239。239。 镲鉿239。秣 231。247。=D睚 231。239。247。239。此時(shí)，信號(hào)場(chǎng)和閑頻場(chǎng)的振幅在整個(gè)腔內(nèi)不變 , tgg=3tE12 0d E d Ed z d z==變化的僅是泵浦光場(chǎng)，忽略晶體對(duì) 光的吸收，對(duì)于前向傳播的泵浦光電場(chǎng) 3w( ) ( ) ( )32100i k zd E z i E E edz k+ D=頻率為 和 的光電場(chǎng)在反射回來時(shí)通過和頻產(chǎn)生一個(gè)反向傳播的光波場(chǎng) 1w 2w( ) ( ) ( )32100i k zd E z i E E edz k D=39/48 考慮到相位匹配時(shí) ，直接積分得到 0kD=( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )3 3 2 13 2 10 0 00 0 0E L E i E E LE i E E Lkk++== 是 處的入射泵浦場(chǎng)振幅，且 。 腔內(nèi)的泵浦場(chǎng)必須飽和在閾值水平 處 。桫故 SRO增益閾值為 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )122 1 , / 2 / 1t t tS R O S R O D R Og L R g L g L R= = 與 DRO的閾值相比，單共振參量振蕩器的泵浦閾值高出約 10倍，但 SRO在相位條件上要比 DRO寬松的多，因此穩(wěn)定性較好 37/48 泵浦光 輸入 3w非線性介質(zhì)的自發(fā)輻射和噪音起伏 12ww，32w w w1＝ ＋諧振腔選頻＋參量放大 建立振蕩，泵浦光強(qiáng)增大到閾值時(shí)，增益達(dá)到閾值增益時(shí)，穩(wěn)定的參量振蕩完成。 247。 +=247。 SRO的閾值方程仍然可以從參量振蕩的自恰條件得到，此時(shí)令 ，有 *2 0r = ( ) 1221 c o sh 1i k Lr g L e =相位條件為 ，振幅條件為 ，考慮到 很小 1122k L m pf=+ ( )1 c o s h 1tR g L =tgL 221 112tgLR 驏 247。所以振蕩器只有 ω 1光波獲得振蕩輸出。 雙共振參量振蕩器是一種不穩(wěn)定的振蕩結(jié)構(gòu)。39。這說明當(dāng) DRO遭受外界的振蕩或熱漲落影響時(shí)，頻率調(diào)諧很困難。39。39。39。2w 和 同時(shí)滿足振蕩的相位條件時(shí)， 和 的值沿相反方向變化。33/48 1Lp1w2w2Lp( )21 n Lp1 2 3w w w+=10w139。239。D=239。239。239。 D=239。 D239。因?yàn)槿齻€(gè)光波需要滿足下面的條件 3 1 21 1 1 2 2 222nnL m L nccw w ww f w fpp=+= + = +頻率 是固定不變的，如果腔長(zhǎng)發(fā)生微小變化，輸出的頻率 和 將會(huì)發(fā)生漂移。所用晶體為 LiNdO3，所用參數(shù)如下 ( ) ( )121 1 2 %RR = =12 1 ml l m==1 cmL =1 2 3 1. 5n n n= = =( ) 233 1 1 3L iN b O 5 1 0 m / Vd =?得到的泵浦光強(qiáng)閾值為 323 5 . 6 7 1 0 W / c mtI =?這一閾值光強(qiáng)是很容易達(dá)到的強(qiáng)度，一般連續(xù)激光器可以達(dá)到 頻率 和 光的單程總損耗為 1w 2w2%晶體長(zhǎng)度 32/48 ? 雙共振參量振蕩器的頻率穩(wěn)定性 雙共振參量振蕩器的泵浦閾值很低，所以采用 DRO實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)諧的相干輻射。利用 我們得到 1w 2wtg 22c os h sin h 1xx=( ) ( )1 2 1 2c o s h 1tR R g L R R+ =當(dāng) 較小時(shí)， ，并且 ，則 雙共振光學(xué)參量振蕩器 閾值條件為 tgL ( ) ( ) 2c o s h 1 / 2ttg L g L+。圖中要求 。振蕩器的總增益固定在閾值增益之上。琪桫%%28/48 aA% bA%cA%dA%eA% Pump Reference Plane L自恰場(chǎng)條件 ：穩(wěn)定的振蕩要求光在腔內(nèi)往返一次之后， 保持不變。231。 247。 Nonlinear Crystal 3 ( P u m p )w12,wwl12,rr 12,rr晶體參量振蕩器 211Rr= 222Rr=27/48 設(shè)泵浦光腔在腔內(nèi)與距離無關(guān)，在腔內(nèi)任一距離 z的平面上信號(hào)光與閑頻光電場(chǎng)可由一個(gè)矩陣 表示 ( )Az%( )( )( )121*2i k zi k zA z eAzA z e =%考慮在泵浦光 激發(fā)下，在 處同時(shí)產(chǎn)生自發(fā)輻射信號(hào)光 和閑頻光 ，參量耦合波方程解為 3w 0z = 1w2w( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )*1 1 2**2 2 10 c osh / 0 sin h0 c osh / 0 sin hA z A g z i g g A g zA z A g z i g g A g z=+=在 處的光電場(chǎng)為 zL=( )( ) ( )( ) ( )( )1122c osh sin h0sin h c oshi k L i k Li k L i k Lge g L i e g LgA L Agi e g L e g Lg驏 247。對(duì)信號(hào)光 ω1和閑頻光 ω2的反射系數(shù)分別為 r1和 r2 ，則反射率分別為 和 。（雙共振參量振蕩器） 123, 100%0%RRR=26/48 ? 參量振蕩的自恰分析 采用自恰場(chǎng)的方法推導(dǎo)出參量振蕩器中控制穩(wěn)定振蕩的方程。頻率為 ω 3的激光輸出用作泵浦光。
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