非线非线性光学原理与进展钱世雄06D.pptVIP

第６章 四波混频和光学相位共轭 第６章 四波混频和光学相位共轭 §６.１光学相位共轭的物理概念 一、 相位共轭波的定义 沿ｚ方向传播频率为ω的光波电场表示式为 二、 全息术产生的相位共轭波 全息照相是利用干涉的方法成像的。全息图的透过率函数正比于干涉光强 三、 用非线性光学方法产生相位共轭波 用来产生光学相位共轭的非线性方法有两种，简并四波混频，反向受激散射的方法。非线性光学相位共轭与全息照相相位共轭虽然有着许多相近之处，但它们却存在本质的区别：全息术的制作和重现在时间上是间断的。而非线性光学效应是一个同时发生不可分割的过程。正因为它具有实时性，使它获得许多重要的应用.  §６．２光学混频的相位共轭原理 光波混频实现相位共轭主要有以下三种情况：三波混频（ＴＷＭ）、简并四波混频（ＤＦＷＭ）和近简并四波混频（ＮＤＦＷＭ）。ＴＷＭ主要是产生前向共轭波，ＦＷＭ可以实现前向波或背向波。但这两种光波混频中前向共轭波都受到相位匹配的限制，背向波则不受相位匹配的限制， §６.３简并四波混频和近简并四波混频 讨论非共振条件下（或称克尔介质中）简并四波混频和近简并四波混频的相位共轭特性。 一、 简并四波混频 在简并四波混频条件下  ω1＝ω2＝ωp＝ωc＝ω 由于ｋ1＝－ｋ2 ，ｋp＝－ｋc ，ｋ1＋ｋ2＋ｋp＋ｋc＝０。相位匹配自动满足 §６．４共振简并四波混频的相位共轭 非共振型的简并四波混频，这种过程的χ(3)是实数，非线性极化产生的相位共轭光是与入射信号光反向传播的。可以用折射率的空间分布形成的“相位光栅”来描述。这种发生在克尔类介质中的简并四波混频允许极快的时间响应（亚毫微秒），但因χ(3)的实部不可能很大，以致相位共轭反射率Ｒ较小。当入射波光场的频率，或者它们的组合接近介质跃迁频率时，介质的χ(3)发生共振增强，由此产生共振型的ＤＦＷＭ虽然在时间响应上会降低一个量级（ｎｓ），但相位共轭反射率Ｒ大大提高。 在共振型的ＤＦＷＭ中介质的χ(3)是复数，由于共振增强作用，介质的非线性极化表现在对光场强度的吸收（或放大）。由此产生的相位共轭光可以用原子系统布居数调制的空间分布光栅来描述。 §６．５四波混频和光学相位共轭的实验 研究及应用 ＤＦＷＭ法产生相位共轭光最典型的两类实验装置简图。用一平面镜（或球面镜）反射提供两反向对撞泵浦光束，这种非对称激励方式称后反射（ＲＲ）装置。图（ａ）则是靠环形光路提供两反向对撞泵浦光束实现对称激励（ＣＰ）。 三、 频率特性的应用 近简并四波混频显示出一种高选择性的反射特性。若采用共振或近共振介质，则这种频率选择的反射特性还会提高，可以得到一个低泵浦功率的窄带滤波器。 我们以各向同性的介质为例，把产生相位共轭波Ｅc（ω）的非线性极化强度写成. 其中Ａ、　Ｂ、　Ｃ为与非线性系数及Ｅ1与Ｅp之间夹角有关的 常数。式中Ａ项和Ｂ项的标积（Ｅ1·Ｅp*）和（Ｅ2·Ｅp*）表示括号中的两个光波干涉形成空间光栅，使第三个光波产生衍射，这两项都要求探测光与泵浦光有相同的偏振方向，至少不是正交的，因此与全息术的情况类似。但Ｃ项则有了新的性质，Ｃ项中的（Ｅ1·Ｅ2）两个泵浦光是反向传播的，并且频率相同，因此它形成的光栅可看作是一个受时间调制的瞬时光栅，这个光栅对探测光的衍射也能产生共轭波。这个光栅取决于Ｅ1·Ｅ2的干涉，而与Ｅp的偏振情况无关。所以可适当配置三个光波的偏振，提高ＦＷＭ接收共轭波的鉴别性能，去除泵浦光可能产生的干扰 . 一、 非线性反射率Ｒ及χ(3)的测量 二、 畸变补偿和相位共轭镜（ＰＣＭ） 二、 畸变补偿和相位共轭镜（ＰＣＭ） ＰＣＭ在消除光传播中产生的相位畸变的效果。  利用ＰＣＭ则不仅可以克服像差畸变，而且可以起一个实时指向或寻迹的作用。 相位共轭镜代替激光腔中的一个反射镜可以解决存在于激光腔中的严重畸变 ＰＣＲ装置需要两束较强的泵浦光，且这两束泵浦光还存在准直问题。Ｆｅｉｎｂｅｒｇ等采用光折变材料ＢａＴｉＯ3（钛酸钡）提出了一种自泵浦的相位共轭镜（ＳＰＣＭ），找到了一种更方便、更有效的ＰＣＲ结构。 * * 相位共轭波的光电场表示式为 光波矢ｋ前面的正负号分别对应于光波Ｅ（ｒ，ｔ）的背向相位共轭波和前向相位共轭波 一个原始光波的相位共轭波不是指原始光波整体的复共轭，而仅仅是复振幅部分的复共轭，与时间相位因子部分无关。 把原始光的光电场与背向相位共轭光的光电场的表示式写全，并作 一比较: 所以也常把背向相位共轭波称为时间反演波。 背向相位共轭波的物理图像：相位共轭波与原