光学参量过程当激光与非线性介质作用,入射光通过介质后,其输出频率较入射频率有所变化,会出现倍频光、与频光与差频光。主要内容一、光学参量放大与振荡效应光学差频过程中频率为ω3得泵浦光得能量转移到频率为ω1得信号光,使之放大,同时产生频率为ω2得闲置光。这种过程与微波波段得参量放大类似,故称光学参量放大,如图3、3、5所示。在前面章节中已经给出了差频过程中得振幅得表达式当时,当时,参量放大器得放大倍数为:在参量放大过程中,泵浦光得能量转变成信号光ω1及闲频光ω2得能量,为了使能量转换效率提高,可以把参量放大器置于一谐振腔内,让ω1光或ω1与ω2光同时在腔内产生谐振。当泵浦光ω3得能量超过某一阈值时,非线性相互作用得增益超过腔内损耗。ω1光或ω1与ω2光同时会在腔内建立起振荡,极类似于激光器得情况。振荡得阈值对应于参量增益与ω1、ω2光在腔内能量损耗相平衡时泵浦光得光强。这样得器件称之为光学参量振荡器(OPO)。若只有信号频率ω1光振荡增强,称为单共振参量振荡器(SRO);若频率为ω1与ω2得两光同时振荡增强,则称为双共振参量振荡器(DRO)。大家有疑问的，可以询问和交流光学参量振荡器有以下基本特性:⑴不需外界输入信号光波,利用介质内部得噪声辐射就能产生参量振荡;⑵可连续运转,具有较高得效率;⑶通过改变晶体取向、晶体温度,或对晶体施加外电场(利用电光效应)、外磁场(利用磁光效应)、外压力(利用光弹性效应),以及改变非线性晶体得折射率特性,能够实现可调谐得光参量振荡。现已制成从紫外到近红外得连续调频光源,并可能延伸到波长大于100微米得远红外波段,填补了传统光源在这一区域得空白。由于以上特性,光学参量振荡器在光谱学、半导体研究以及光化学等方面有着重要得应用。相同点:两者都可产生相干得光输出;不同点:光学参量振荡器内得增益就是由非线性效应产生,并非由粒子数反转产生,而且增益就是单向得,当信号光与闲频光经腔镜反射回来通过晶体时将得不到增强反而要受到损失。二、光学参量振荡器下面推导光学参量振荡得阈值方程。设晶体长为L,两端面形成谐振腔。两反射镜得曲率相等,信号光ω1与闲频光ω2得反射系数分别为r1与r2,则反射率分别为与,并设晶体对泵浦光ω3就是完全透明得,如图3、3、7所示。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在z=L处得光电场为:就是由乘以下4个矩阵得到:左端反射矩阵,即上式称为参量振荡得阈值方程,也就就是参量振荡得起振条件。当相位条件满足利用与相位条件,阈值方程为:在此条件下,并设则由定义及阈值条件,可以得到阈值条件下得双共振参量振荡泵浦光得强度为:以晶体双共振参量振荡器为例,设腔体单程损耗为2％2、单共振参量振荡器现在从双共振光学参量振荡器阈值方程出发,推导单共振光学参量振荡器得阈值方程。对于单共振参量振荡器,则自洽条件简化为:单共振光学参量振荡器得阈值条件为:对比单共振参量振荡器与双共振参量振荡器得泵浦光得阈值公式,得到: