光學(xué)參量振蕩

1、Page 1光學(xué)參量振蕩Page 201光學(xué)參量振蕩器的發(fā)展02光學(xué)參量振蕩器的原理03光學(xué)參量振蕩的互作用方式04光學(xué)參量振蕩器的應(yīng)用05展望目錄Page 3ACBDE光學(xué)參量振蕩器的發(fā)展Page 4 把非線性介質(zhì)放在光學(xué)共振腔內(nèi)，讓泵浦光波、信號(hào)光波及空閑光波多次往返通過(guò)非線性介質(zhì)，當(dāng)信號(hào)光波和空閑光波由于參量放大得到的增益大于它們?cè)诠舱袂粌?nèi)的損耗時(shí)，便在共振腔內(nèi)形成激光振蕩，這就是光學(xué)參量振蕩器。光學(xué)參量振蕩器基本原理Page 5對(duì)BBO晶體采用類相位匹配，晶體尺寸為7.5x9.5xl4mm，切割角為=28o。M2、M3：諧振腔；M1：耦合鏡；M4、M5：雙色鏡。Page 6光學(xué)參量振蕩

2、器種類Page 7光學(xué)參量放大器與光參量振蕩器的比較3112213312213Page 8光學(xué)參量振蕩的互作用方式 單共振光學(xué)參量振蕩器：光學(xué)參量振蕩器對(duì)信號(hào)頻率或空閑頻率其中一個(gè)頻率共振。圖5.1 單諧振光學(xué)參量振蕩器Page 9 單諧振光學(xué)參量振蕩器的反射鏡與腔體的設(shè)計(jì)容易、轉(zhuǎn)換效率較好，泵浦光通過(guò)非線性晶體，所產(chǎn)生的信號(hào)光與空閑光就會(huì)在泵浦光的方向得到增強(qiáng)，輸出比較穩(wěn)定，但是閾值較高，只能用脈沖激光器做泵浦源。單共振光學(xué)參量振蕩器Page 10 雙共振光學(xué)參量振蕩器：光學(xué)參量振蕩器同時(shí)對(duì)信號(hào)頻率和空閑頻率共振。圖5.3 雙諧振光學(xué)參量振蕩器Page 11 在雙諧振條件下，信號(hào)光和空閑光同

3、時(shí)在光學(xué)腔內(nèi)諧振，因而明顯降低了閾值。但是此腔型受腔長(zhǎng)、溫度及機(jī)械原因的影響很大；而且輸出光的振幅和頻率不穩(wěn)定，使輸出激光的穩(wěn)定性很差。可用連續(xù)和脈沖激光去作為泵浦源，雙諧振振蕩器結(jié)構(gòu)多用于連續(xù)光學(xué)參量振蕩器系統(tǒng)。雙共振光學(xué)參量振蕩器Page 12總結(jié)： 單共振光參量振蕩器因?yàn)橹挥行盘?hào)波或者是空閑波腔內(nèi)振蕩，沒(méi)有不同波長(zhǎng)的激光模式競(jìng)爭(zhēng)，因而功率和輸出的穩(wěn)定性好于雙共振光參量振蕩，成為光學(xué)參量振蕩器普遍采用的工作方式，而且單共振光參量振蕩器閾值比雙共振光參量振蕩高。 泵浦光除了采用單程泵浦和雙程泵浦外，還可以采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。環(huán)形腔光學(xué)參量振蕩器能更進(jìn)一步降低激光閾值，提高轉(zhuǎn)化效率。Page 13

4、光學(xué)參量振蕩器的應(yīng)用 其一，是控制激光器輸出的輻照量，對(duì)于任何波長(zhǎng)的激光器，只要其輸出不超過(guò)最大允許照量，就可以保證人眼的安全,但必然要以犧牲激光器的作用距離為代價(jià)。 其二，就是選擇人眼安全波長(zhǎng)。上世紀(jì)80年代中期至今，1.54m-1.57m人眼安全激光技術(shù)得到了迅速地發(fā)展。人眼安全問(wèn)題的解決有兩個(gè)途徑： 實(shí)現(xiàn)人眼安全激光的途徑主要有三種：受激喇曼頻移、光參量振蕩、新材料固體激光技術(shù)。Page 14實(shí)現(xiàn)人眼安全激光的途徑比較Page 15M1：1.06mm全反射；全反射；M2：1.06mm增透，在增透，在1.57m1.57m全反；全反；M3M3：1.06m1.06m全反，全反，1.57m1.5

5、7m部分透過(guò)；部分透過(guò)；Nd:YAGNd:YAG激光棒：兩通光面鍍激光棒：兩通光面鍍1.06m1.06m增透膜；增透膜；KTPKTP：兩通光面鍍：兩通光面鍍1.06m1.06m和和1.57m1.57m增透膜；調(diào)增透膜；調(diào)Q Q片：片：CrCr：YAGYAG晶體；能量計(jì)測(cè)得輸出光的能量。晶體；能量計(jì)測(cè)得輸出光的能量。1.57m m人眼安全激光Page 16 1.57m人眼安全光學(xué)參量振蕩器是將Nd:YAG激光器對(duì)人眼不安全的1.06m激光波長(zhǎng)通過(guò)參量變換轉(zhuǎn)換到1.57m波長(zhǎng)。 1.57m激光對(duì)人眼的允許曝光量是1.06mNd:YAG激光的40倍，也較其他人眼安全波長(zhǎng)激光更為安全。 1.57m人眼

6、安全波長(zhǎng)閾值低、轉(zhuǎn)換效率高，高重復(fù)頻率等特點(diǎn),而且體積小，重量輕,可靠性高，容易獲得較大輸出能量，能滿足軍事上要求。Page 17 基態(tài)電子吸收一個(gè)光子后躍遷到最高虛能級(jí)。該電子通過(guò)雙光子輻射過(guò)程而回到基態(tài)。存在的 場(chǎng)增強(qiáng)了這一過(guò)程的發(fā)生。事實(shí)上，即使不存在 激光，這一雙光子輻射過(guò)程還是能發(fā)生的（通過(guò)自發(fā)輻射過(guò)程），只不過(guò)此時(shí)產(chǎn)生的場(chǎng)要弱得多。 將非線性晶體放在一個(gè)諧振腔中，利用差頻產(chǎn)生，就構(gòu)成了能將場(chǎng)放大的光學(xué)參量振蕩器。22Page 18 光學(xué)參量振蕩器：光學(xué)參量振蕩器：將非線性晶體放在一個(gè)諧振腔中，利用差頻產(chǎn)生，就構(gòu)成了能將場(chǎng)放大的光學(xué)參量振蕩器。光學(xué)參量振蕩器主要用于產(chǎn)生紅外激光。由于

7、對(duì)于任何小于泵浦光的頻率，總能滿足，因此光學(xué)參量振蕩器是可以調(diào)諧的。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)整位相匹配條件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。 Page 19A、B、C代表輸出鏡透過(guò)率分別為57%、78%、65%時(shí)在不同電壓下OPO輸出能量的曲線。在透過(guò)率為65%時(shí)激光輸出能量在三者中較高，所以輸出鏡透過(guò)率T=65%被確定為該0P0輸出鏡的透過(guò)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果Page 201.Nd:YAG1.Nd:YAG激光棒：兩通光面鍍激光棒：兩通光面鍍1.06m1.06m增透膜；增透膜；2.Cr2.Cr：YAGYAG：兩通光面鍍：兩通光面鍍1.06m1.06m增透膜增透膜3.3.四面體棱鏡四面體棱鏡4.KTP4.KTP：入射通光面

8、鍍：入射通光面鍍1.06mm增透和增透和1.57m1.57m全反膜；全反膜；5.5.耦合輸出鏡：內(nèi)表面鍍耦合輸出鏡：內(nèi)表面鍍1.06m1.06m全反膜和全反膜和1.57m1.57m部分反射膜；部分反射膜；外表面鍍外表面鍍1.57m1.57m增透膜。增透膜。在跟蹤制導(dǎo)瞄準(zhǔn)鏡中的應(yīng)用Page 21紅外干擾機(jī)澳大利亞軍方研制的一套紅外干擾系統(tǒng)，采用的紅外干擾光源為全固態(tài)激光器泵浦的光學(xué)參量振蕩器。Page 22 激光能很好地滿足光源效率高、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定、發(fā)射波長(zhǎng)與導(dǎo)彈紅外探測(cè)器的工作波長(zhǎng)相匹配等要求。 絕大部分紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的探測(cè)器波段范圍1-3m、3-5m、8-14m。 紅外干擾機(jī)：發(fā)出經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外脈沖，使來(lái)襲導(dǎo)彈產(chǎn)生虛假跟蹤信號(hào)，從而失控而脫靶。Page 23展望 光學(xué)參量振蕩器是一種具有極大潛力的寬帶調(diào)諧激光源，它的發(fā)展趨勢(shì)是拓寬波段；調(diào)諧范圍；改進(jìn)泵浦源的性能與泵浦方式，提高參量轉(zhuǎn)換效率；尋求新型非線性光學(xué)晶體材料提高光學(xué)參量振蕩器的性能，實(shí)現(xiàn)光學(xué)參量振蕩器的小型化和全固化，進(jìn)一步擴(kuò)大光學(xué)參量振蕩器的應(yīng)用范圍。 由于雙共振光學(xué)參量振蕩器存在著頻率不穩(wěn)定的限制，所以單共振光學(xué)參量振蕩器是實(shí)用化的發(fā)展方向，新型周期極化晶體材