一束频率为vP(泵频)的强激光和一束频率为vS（信号频率简作信频）的弱激光同时射入非线性介质时，如信频光被放大,同时产生频率为vi(vP=vS+vi)的闲置频率光，这种现象称为光参量放大。若将此非线性介质置于谐振腔中（见图）,腔镜M1对泵频光透射，M1、M2对信频光或闲频光（或两者）高反射,则在频率为vP的激光作用下,从M2镜将输出频率为vS和vi的激光。这就是光参量振荡器。它是一种可调谐激光器，可以以脉冲工作，也可以连续工作。
data/attachment/portal/201111/06/150522uahth6u1i6ku6na1.jpg光参量振荡
双谐振荡器的谐振腔镜对vS和vi都具有高反射率,其阈值较低，但转换效率最多只有50％。单谐振荡器的谐振腔镜只对vS（或vi）具有高反射率，其阈值较高,但转换效率高，理论上可达100％。
光参量振荡器对满足墹κ=κP-κS-κi=0，即vPnP=vSnS+vini的信频和闲频光具有最大的增益。这称为相位匹配条件。式中，κP、κS、κi和nP、nS、ni分别为泵频、信频、闲频光的波矢和折射率。实现相位匹配的方法，主要是利用晶体的各向异性和色散。
光参量振荡器只对满足相位匹配条件的信频和闲频光才具有最大增益。因而用某种方法改变晶体的折射率（通常nP、nS和ni的改变量并不相同）,信频和闲频光的频率便也发生相应变化，从而实现光参量振荡器频率的调谐。通常改变晶体的温度和取向（角度）可在大范围内调谐，而利用外加电场和压力可进行小范围细调。