Amplificador paramétrico óptico (OPA) con señal y ralentí

Question

Los amplificadores paramétricos ópticos (OPA) suelen tener dos entradas: una semilla más o menos débil $\omega_s$ y una bomba más o menos fuerte $\omega_s$ donde (idealmente) cada fotón de bombeo se convierte en un fotón semilla y un fotón ocioso ( $\omega_i$ ). Dadas las condiciones correctas de concordancia de fase, el ocioso coincidirá de manera que se cumpla la conversación de energía y momento (es decir $\omega_p - \omega_s - \omega_i = 0$ y $\vec k_p - \vec k_s -\vec k_i = 0$ ). También la fase de ralentí se ajustará para cumplir una condición de fase fija $\phi_i = \phi_p - \phi_s - \phi_0$ donde $\phi_0 = \frac \pi 2$ para una perfecta adaptación de fase y cero pérdidas.

Una cosa que no se suele discutir es lo que sucede cuando el OPA es sembrado por ambos, señal y ocioso. A partir de las ecuaciones diferenciales acopladas para la evolución del campo, esto debería aumentar la eficiencia al principio del proceso. Esta es también la razón por la que el OPA es mucho más eficiente comparado con la Generación Paramétrica Óptica (OPG) donde sólo hay una entrada, la bomba. Por lo tanto, si la OPA es más eficiente que la OPG, ¿podemos esperar algo similar cuando se introduce también el rodillo?

Sin embargo, la rueda loca tiene que coincidir exactamente (frecuencia correcta, fase y el ángulo, especialmente en las OPA no colineales). Si nos limitamos al caso colineal y tomamos la señal y el ocioso de otro proceso DFG/OPO/OPG/OPA con la misma frecuencia de bombeo, el ocioso ya debería cumplir las leyes de conservación. Especialmente la evolución de la fase durante la propagación al cristal OPA debe ser considerada para asegurar una fase ociosa coincidente. Estoy pensando en placas de onda o similares, o incluso en una adaptación de fase adecuada para evitar problemas. ¿Cuáles serían / cuáles son las ventajas y desventajas de sembrar con dos frecuencias en comparación con una sola semilla?

¿Se ha investigado esto o algo relacionado de alguna manera? Tanto el trabajo teórico como el experimental me resultarían interesantes.

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Answer 1

El problema que tendrás al sembrar un OPO con ambas señales es la condición de coincidencia de fase.

Necesitas que los vectores de onda respeten la condición de coincidencia de fase y eso es posible con el ángulo, la frecuencia y la temperatura adecuados. También se necesita que las fases respeten una relación que es $\varphi_p=\varphi_s+\varphi_i+\varphi_0$ con $\varphi_0$ dependiendo del tipo de adaptación de fase que utilices (adaptación de fase cuasi o perfecta). Si la relación de fase no se cumple, hace que la eficiencia disminuya drásticamente.

El problema al que te enfrentarás es que la fase de la bomba, la señal y el rodillo dependen del tiempo. En el caso de un OPO sembrado, la fase de la bomba y de la señal están fijadas por sus fases a la entrada del cristal y la fase del ocioso está tensionada por la relación de fase. Mientras que, si también se siembra con la fase ociosa, las tres fases estarán fijadas por sus fases iniciales y la relación de fase no cumplirá la relación de fase en ningún momento. La eficiencia dependerá del tiempo y eso no es adecuado para un OPO.

Puedes echar un vistazo al libro de Boyd "óptica no lineal" página 84 a 86, para entender mejor la relación de fase.