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1、1,第六章 相位共轭技术,2,非线性相位共轭光学（Phase Conjugation）,当激光束在大气或光学器件中传播时，由于大气或光学元器件的不均匀性，将引起激光束波前的畸变。方法：光学自适应技术电光器件、声光器件和可变形反射镜的补偿系统 相位共轭技术无需其他设备，即可实时地产生畸变光波的相位共轭波。,3,相位共轭波是其相位共轭于入射光波的一种新光波，在数学上等价于对空间复振幅进行复共轭运算，因此，相位共轭波等价于振幅、相位及偏振态的时间反演波，即,Ec沿E的反方向传播，且在空间具有相同的波阵面。产生共轭波的“介质”称为“相位共轭镜”（PCM）。,PC概念,4,6.4 简并四波混频与光学相位
2、共轭1、光学相位共轭,5,6,PCM,7,相位共轭波修正波前畸变的物理过程,8,PC技术的应用,1）相位共轭谐振腔PCR2）自适应光学3）图像传递无透镜成像 实时空间相关和卷积,9,10,11,12,13,14,15,16,Fig 6.8 背向DFWM的放大作用,17,Fig 6.9 满足振荡条件时，介质内的光电场分布,18,(2)、存在吸收时的DFWM的相位共轭特性。当介质长度较长时(例如光纤中)，或介质对光的损耗(吸收、散射)不可忽略时，会对DFWM的结果产生影响。,19,20,21,Fig 6.10 近简并四波混频产生相位共轭波的几何配置,22,23,24,Fig 6.11(a)反射率R
3、与归一化失谐参量 的关系。,25,Fig 11(b)归一化的反射率R与归一化失谐参量 的关系，由于对R进行归一，使反射谱带宽变窄的过程更明显地表示出来。,26,由Fig 6.11可以看出，当 值增加时，反射谱的带宽急剧减小，边峰结构也变弱，因此可以利用近简并四波混频来作为窄带共轭反射镜。,27,28,29,Fig 6.12 与简并四波混频过程相应的光栅图,30,DFWM与全息的本质区别：I、DFWM是实时全息，记录与再现同时发生。II、DFWM的参考光与信号光可以是不同频率(近 简并情形)。III、四个光波通过 相互联系，而 是一个张 量，因而可以使不同的偏振的光之间产生耦合。例如：在各向同性
4、介质中，对于相位匹配的输出 有，其相应的三阶非线性极 化强度为：,31,32,鉴于上面的讨论，可以将DFWM看作是一种实时的全息过程。在这种情况下，不仅要考虑全息光栅对再现参考光的衍射作用，还要考虑再现参考光、衍射光对全息光栅参量的影响。也就是说，不仅要求四个光波波矢满足相位匹配条件(布喇格条件)，还要求其振幅满足动态平衡条件，即四个光波通过介质相互作用满足动态平衡。,6.5 DFWM光学相位共轭的实验研究及应用 DFWM是最重要的非线性光学的相位共轭技术，人们已经利用各种不同波长，不同的工作方式在不同的介质中开展了大量的DFWM特性的实验研究。,33,1、两种典型实验装置,Fig 6.13
5、产生DFWM相位共轭光的两种典型实验装置,34,Fig 6.13(a)中是靠环形光路提供两反向对撞泵浦光束的环形(对称)激励装置(CP)；(b)中则是靠一平面镜(或球面境)反射提供两反向对撞泵浦光束的后反射(非对称)激励装置(RR)。2、相位共轭光的特性测量(1)、由 目前，DFWM已成为测量各种物态材料三阶非线性极化率最主要的实验技术之一,35,(2)、各种不同的导致 的物理机制产生相位共轭的时间相应有较大区别，所以通过测量DFWM的时间特性可以研究各种物理机制贡献的重要性。例如：在3的实验中，人们利用时间分辨的DFWM测量了 膜的纯电子云对 的贡献。(3)、在DFWM中，若三束入射光都用同
6、向线偏振，则可以测出 张量的对角元；如果改变各光的偏振方向，则可以测出 其它的非零张量元。偏振分离技术：使信号光与泵浦光正交，这样即使在共线配置下也可以将相位共轭光与泵浦光分离。Fig 6.14画出了偏振分离技术的实验装置图。,36,Fig 6.14 采用偏振分离技术的DFWM光学相位共轭实验装置,3、DFWM相位共轭光的应用(1)、畸变补偿相位共轭技术发展的起因,37,例：在4中，采用 连续光源，用 晶体作PCM(相位共轭镜)，演示了相位共轭技术补偿长的多模光纤色散的能力，解决了长光学纤维传输的三维像问题。(2)、自适应光学指向系统(寻迹系统)例：激光打靶 普通激光打靶：高质量激光束放大、准
7、直、聚焦打靶 在此过程中，光学系统的不理想或靶目标的移动 都会影响打靶质量。PCM指向系统：弱激光束(舵光源)照射目标漫反射光通过激光系统PCM反射再通过激光系统打靶(3)、相位共轭腔用PCM作为一个腔反射镜的激光腔,38,优点：解决高功率激光器中的各种严重畸变，提高输出光束质量；不受普通激光腔稳定条件的限制，无论腔的间距及反射镜的曲率半径如何，都是稳定的。,Fig 6.15 第一个用PCM作激光谐振腔镜的实验装置图,39,(4)、近简并四波混频(NDFWM)相位共轭用作窄带滤波器 例：文献5中，人们进行的NDFWM实验的输出共轭波的带宽只有47MHz。(5)、NDFWM用于矫正群速色散引起的光脉冲变宽。,Fig 6.16 NDFWM用于压缩光脉冲宽度示意图,40,(6)、DFWM应用于激光光谱学 I、磁场、电场中的DFWM塞曼分裂，斯塔克效应 II、共轭反射率随频率的变化介质跃迁的自然线宽 III、瞬态DFWM原子、分子相干时间及各种驰豫效 应 IV、共轭反射率随泵浦光强度变化饱和效应、与光 强有关的能级移动和分裂,
