مذبذب بصري حدودي
نظرة عامة

يتكون المذبذب البصري الحدودي بشكل أساسي من مرنان بصري وبلورة بصرية غير خطية nonlinear optical crystal. يعمل الرنان البصري على أن يرن ويصدر واحد على الأقل من موجات الإشارة والموجات الخاملة . في البلورة الضوئية غير الخطية ، تتداخل المضخة والإشارة وموجة التباطؤ. يؤدي التفاعل بين هذه الموجات الثلاث إلى كسب السعة لموجات الإشارة والبطالة (تضخيم حدودي) و deamplification المقابل لموجة المضخة. يسمح الكسب لموجة الرنين (إشارة أو تباطؤ أو كليهما) بالتذبذب في الرنان لتعويض الخسارة التي تتعرض لها الموجة (الموجات) الرنانة في كل رحلة ذهابًا وإيابًا. تتضمن هذه الخسارة الخسارة الناتجة عن التسرب الخارجي بواسطة إحدى مرايا الرنان التي توفر موجة الخرج المرغوبة. نظرًا لأن الخسارة (النسبية) مستقلة عن طاقة المضخة ، لكن الكسب يعتمد على قوة المضخة ، فعند انخفاض طاقة المضخة لا يوجد مكسب كاف لدعم التذبذب. يحدث التذبذب فقط عندما تتجاوز طاقة المضخة العتبة. فوق العتبة يعتمد الكسب أيضًا على اتساع الموجة الرنانة. وبالتالي في حالة التشغيل المستقر يتم تحديد اتساع الموجة الرنانة (المطال) بشرط أن هذا الكسب يساوي الخسارة (الثابتة). يزداد مطال الدوران مع زيادة قدرة المضخة ، وكذلك طاقة الخرج.
يمكن أن تكون كفاءة تحويل الفوتون ، وعدد فوتونات الخرج لكل وحدة زمنية في إشارة الخرج أو موجة التباطؤ بالنسبة إلى عدد فوتونات المضخة الواقعة لكل وحدة زمنية في المذبذب البصري الحدودي OPO عالية ، في نطاق عشرات بالمائة. تتراوح طاقة مضخة العتبة النموذجية بين عشرات الملي واط إلى عدة واط ، اعتمادًا على فقد الرنان وترددات الضوء المتفاعل ، والشدة intensity في المادة غير الخطية ، وعدم خطيتها. يمكن تحقيق طاقة خرج من عدة واط. كما توجد عمليات المذبذبات البصرية الحدودية OPOs ذات الموجة المستمرة والنبضية . هذه الأخيرة أسهل في البناء ، لأن الشدة intensity العالية لا تدوم إلا لجزء ضئيل من الثانية ، مما يضر بالمواد البصرية غير الخطية والمرايا فتصبح أقل من الشدة العالية المستمرة.
في المذبذب البارامتري البصري يتم أخذ موجات الإشارة الأولية والتباطؤ الأولي من موجات الخلفية التي تكون موجودة دائمًا. إذا تم إعطاء الموجة الوسيطة من الخارج جنبًا إلى جنب مع حزمة المضخة فإن العملية تسمى توليد تردد الاختلاف (DFG). هذه عملية أكثر كفاءة من التذبذب البصري البارامتري ، ومن حيث المبدأ يمكن أن تكون بلا حدود.
من أجل تغيير ترددات موجات الخرج ، يمكن للمرء تغيير تردد المضخة أو خصائص مطابقة الطور للبلورة الضوئية غير الخطية. يتم تحقيق هذا الأخير عن طريق تغيير درجة حرارته أو اتجاهه أو فترة تطابق شبه طور (انظر أدناه). من أجل الضبط الدقيق ، يمكن أيضًا تغيير طول المسار البصري للرنان. بالإضافة إلى ذلك قد يحتوي الرنان على عناصر لقمع قفزات suppress mode-hops نمط الموجة الرنانة. يتطلب هذا غالبًا تحكمًا نشطًا في بعض عناصر نظام OPO.
إذا تعذر مطابقة البلورة الضوئية غير الخطية ، فيمكن استخدام مطابقة شبه الطور quasi-phase-matching (QPM). يتم تحقيق ذلك عن طريق التغيير الدوري للخصائص البصرية غير الخطية للبلورة ، غالبًا عن طريق الصقل الدوري periodical poling . مع نطاق مناسب من الفترات ، تنتج أطوال موجية من 700 نانومتر إلى 5000 نانومتر يمكن إنشاء نانومتر في نيوبات الليثيوم [المتصل بقطب poled بشكل دوري (PPLN). مصادر المضخة الشائعة هي ليزر النيوديميوم عند 1.064 ميكرومتر أو 0.532 lميكرومتر.
من السمات المهمة للمذبذب البصري الحدودي OPO تكمن في الاتساق والعرض الطيفي للإشعاع المتولد. وعندما تكون طاقة المضخة أعلى بكثير من العتبة ، تكون موجتا الخرج ، بتقريب جيد جدًا ، عبارة عن حالات متماسكة (coherent states Coherent موجات تشبه الليزر). ويكون عرض خط الموجة الرنانة ضيق للغاية (منخفض يصل إلى عدة كيلو هرتز فقط). وتظهر الموجة غير المتولدة أيضًا عرضًا ضيقًا إذا تم استخدام موجة ضخ ذات عرض خط ضيق. تستخدم OPOs ذات الخط الضيق على نطاق واسع في التحليل الطيفي.