KHUẾCH ĐẠI VÀ DAO ĐỘNG THÔNG SỐ QUANG HỌC (OPA-OPO)

HV: VŨ THU HIỀN

TRẦN THỊ THANH THỦY

CÁC HIỆU ỨNG QUANG PHI TUYẾN

 Hiệu ứng quang phi tuyến bậc hai

 Pockels/electro-optic effect  Second harmonic generation (SHG)  Sum/difference frequency generation (SFG/DFG)  Optical parametric amplification/oscillation (OPA/OPO)

 Hiệu ứng quang phi tuyến bậc ba

 Optical Kerr effect/quadratic Pockels effect  Third harmonic generation (THG)  Four wave mixing (FWM)  Two photon absorption (TPA)  Stimulated Raman/Brillion scattering (SRS/SBS)

SỰ PHÂN CỰC PHI TUYẾN

 Môi trường tuyến tính: cường độ tia tới thấp

D

 PE

 0

D



  E

E

r 0

P

E

 0 

 1

 r

 Môi trường phi tuyến: cường độ tia tới cao

D

 PE

 0

)2(

2

)3(

3

P

 E

E

E

...

 0

 L P P

NL

Nonlinear polarization

3

3

)  ( 1 SFG

DFG

1

)  ( 1

3

32

10

cos

12

30

 E  E

 E 1  E 3

(2)

2

2

  t 1   cos t 3 

  E

  k r 1   k r 3    E . E .

E

P

2

P

  0  .(

)

 .(

)

E 3

E 1

E 3

E 1

ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ CÁC SÓNG PHÁT RA VỚI CÔNG SUẤT ĐÁNG KỂ

2

2

2

3

1

2

3

1

Sum frequency generation (SFG)    3 1    k k k

Difference frequency generation (DFG)    3 1    k k k

Khuếch đại thông số quang học (OPA)

(2)

3 = 1 + 2

Pump (3) partially depleted

Dao động thông số quang học (OPO)

Signal (1) amplified

(2)

Idler (2) generated

mirrors

OPO

DRO

SRO

DRRO

DPDRO

DPSRO

DPDRO

-pump only

-pump &ilder

Doubly Resonant oscillator

DRO

Signal

Pump 3

Idler

1 2

Doubly-resonant oscillator (DRO)

Độ mất mát (Threshold)

DRRO

Doubly Resonant Ring Oscillator

signal

Incident Pump

ilder

Signal/ilder

Signal/ilder

Transmitted pump

DPDRO

Double-Pass Doubly Resonant Oscillator

Incident/reflected 3 Pump

Idler

1 Signal 2

Doubly-resonant oscillator (DRO)

Độ mất mát

SRO

Singly Resonant Oscillator

Pump

3

Idler

1 Signal 2

Singly-resonant oscillator (SRO)

DPSRO

Pump only

Double-pass Singly Resonant Oscillator -pump only

1

Signal

3

Idler

Incident/reflected pump

2

Singly-resonant oscillator (SRO)

DPSRO

Pump & ilder

Double-pass Singly Resonant Oscillator- pump and ilder

Incident/reflected pump

1

Signal

3

2

Reflected Ilder

ĐIỀU HƯỞNG THÔNG SỐ QUANG HỌC

 Điều kiện bảo toàn năng lượng

   1 2

3

 Điều kiện đồng bộ pha (bảo toàn xung

lượng)

   n 1 1 2 3

n 2

n 3

2

2 '

1 '

1

o

e

n

n

n

n

n

x

y

z

'

1

1

,

2

2

THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ

OPO-based RGB source

898 nm

449 nm

524 nm

1047 nm

SHG

Blue

1-um Laser

SHG

OPO

SHG

Green Red

1256 nm

628 nm

SƠ ĐỒ RGB OPO

S ingly R esonant O P O

G reen 524 nm

Pump 524 nm

Signal 898 nm + G reen 524 nm

Type-I O PO LBO

SW P

Idler 1256 nm

f = 29 mm

Type-II SHG LBO

Red 628 nm

Intracavity SHG

SW P: HR@ 1256 nm;

H T@ 524, 628, and 898 nm

Blue 449 nm

W alk-O ff compensated Type-I S HG LBO

S ignal 898 nm

LW P

OPO efficiency exceeded 60%

4 0.80

3.5 0.70

3 0.60

)

W

898 nm

2.5 0.50

Efficiency

( r e w o P

2 0.40

y c n e i c i f f

1256 nm

E

1.5 0.30

t u p t u O

1 0.20

0.5 0.10

0 0.00

0 1 2 3 7 8 9 10 4 6

5 Pump Power (W)

Wavelength 1047 nm (MOPA output) 524 nm (before OPO) 898 nm (signal) 524 nm (residual) 628 nm (red) 449 nm (blue)

Power (W) 50.0 30.0 13.0 5.8 6.0 3.4 - 4.0

Conversion process 1047 nm to 524 nm (Green) Green to 628 (Red) Green to 898 nm 898 nm to 449 nm (Blue)

Efficiency (%) 60 20 43 27 - 31

RGB OPO in the laboratory

Tài liệu tham khảo:  Handbook or Nonlinear Optics

 Richard L-Sutherland

 Nonlinear Optics  R. W. Boyd

 Solid State mid-infrared laser sources

 I.T.Sorokina.Vodopyanov (Eds.)

The End

Thanks