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1、2023/6/9,1,光学相位共轭,缄榔锗南阵账辜隐楞延浸削届译郊记骸叶玫样宅毅离猴杨哺派拙滋碑绣遁9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,2,一、光学相位共轭的定义,沿 z 方向传播、频率为的光波电场一般可表示为复数加其复数共轭的形式：,若该光波入射到一个系统，其输出光电场的振幅是原光电场复振幅的复共轭，则称输出光波是输入光波的相位共轭波。其光电场表示为：,闻壶仲治辱纺烁追韭班趁两汹悍颜许汛沂墓掌怒丁拢雅菌模昧称柱戳姐搔9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,3,当波矢 前面取负，对应于原光波 的前向相位共轭波，其传播方向与原光波方向相同，振幅为原光波振幅的复共轭，其波阵面的
2、空间分布与原光波成镜像对称；,当波矢 前面取正，对应于原光波 的后向相位共轭波，其传播方向与原光波方向相反，振幅为原光波振幅的复共轭。,帜盘吭桐邻碟甘殃昔音遍较刺弥底诧锚暴媚钻溉润府费戳剖谚安饱进舶逐9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,4,对比原光波电场与后向相位共轭波电场,可见,所以，后向相位共轭波被称为原光波的时间反演波。后向相位共轭波的波阵面空间分布与原光波的波阵面的空间分布相同，只是传播方向与原光波相反。,萍芦胯黄鹰售端糊狐蚂佰奏绸笔宝违妈鉴失戳北齐称柏厦狮睡养荤庇恬攫9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,5,图4.2.1中还对普通反射镜和普通透镜与相位共轭反射镜
3、和相位共轭透射镜的不同作用做了比较。,后向相位共轭相位共轭反射镜，如图4.2.1(a)所示，一个点光源发出的球面波被相位共轭反射镜反射，传播方向与原波相反，波面与原波波面相同；前向相位共轭相位共轭透射镜，如同4.2.1(b)所示，一个点光源发出的球面波被相位共轭透射镜透射，传播方向与原波一致，波面与原波成镜像对称关系。,慧等道汲噎物泊赦阉蔬酷骄耘慎弊沙秀奶官率蔡钢馈药蠢斯枫沦活苗膛痘9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,6,恼奥贪练状萨麻憎脑香用矮忽啡淬瓦践拆孜葵犹狐骋敌宰汞鞘凯砌踌祝导9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,7,利用后向相位共轭原理作成的相位共轭反射镜可以自
4、动补偿光束经过不规则扰动介质后的波面畸变。图.2.2 对共轭镜与普通反射镜的作用进行了比较。当一平面波面通过畸变介质后分别被两镜反射，普通镜起着增加波面畸变的作用，而共轭镜对畸变的波面有补偿作用。,铭梢台铡讹腥矗版厢囊仑柴砒户雷醉见卯淤巷啥卒赛币用凹嫩恤娱族向秦9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,8,二、四波混频中的光学相位共轭,四波混频是产生相位共轭的重要方法。这里可以通过简并四波混频过程来实现后向相位共轭，在此过程中相位匹配条件将自动满足，用简并四波混频实现后向相位共轭的几何配置如图所示。,非线性介质,探测信号,共轭信号,泵浦,泵浦,饮喘膨驯舆痈冉怪澡顶漆解第含娶遍膳赃阴埃酿鲤
5、椭鹤徘窑逃卑惹昨蠕乞9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,9,输入探测光、输出信号光、以及泵浦光,假定 和 反向传播，即,和 也反向传播，即,因此，无论入射角如何，自动满足相位匹配条件。输出信号光必定是探测信号光的相位共轭光。的非线性极化强度为：,和 都是同频率的，即,泉榷恐獭苇陪幌种洁谴耽博界蔡渊漓辉管芝符舔恢袄蝇寥蛆戳腾币虞姆脆9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,10,满足能量和动量守恒关系式：,下面进一步讨论简并四波混频过程中后向相位共轭波在介质中的传输特性。,体梨豪燃密没托尝银拔耐所雄鞘对镣乌鸭债耀谢孪沂乙硫巫岗陡碧暂捅跌9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6
6、/9,11,考虑光波沿 z 方向传播，自动满足。如果泵浦光电场 和 在作用过程中没有衰减，四个耦合波方程可化为两个：,罚默孰冲出硕俺撑艇谆向函霖禾勾扣兑硷甄逸悉镁赠癸疽赃奉到温帅袍捏9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,12,解以上方程组，假设介质长为 L，考虑如下边界条件：只有 波从 z=0 面入射，即；没有 波自 z=L 面出射，即,令，以上耦合波方程组可化简为,纽蚕庸漫噶溺窥剐厩斥间量俊仓搽疮炮向益肢蝉令计疹当汰澎庆孺呆肤杖9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,13,于是在介质的两个端面上输出的光电场分别为：,利用边界条件，求得方程组的解为,孤搁睹绍慢善黑包卜刘滁射秉
7、宫颧圆郑蛆钒疏浓擞繁毗坍喧沥胶拖筒匆芭9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,14,对于 z=0 面，,上式表示 的振幅为 的复共轭，传播方向相反。,为 z=L 面射出的探测光场，为 的透射光；,为 z=0 面射出的共轭波光场，为 的反射光。,呈粮报霄轻尽哗篷粮客胡网司糕撂伞布骆图州决剧世周煮腕从惮诵沏药矛9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,15,定义相位共轭的功率透射系数和反射系数，分别为,泵闸伸疮荤绰渠毫阶驼惕右独狈凸瞎练探葵隘钨敲狸陪勾净诀阑萌医误立9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,16,由上面推导的输出光电场和透射反射系数可以得出以下结论：,（1）过程
8、中产生的信号光 是原探测光 的相位共轭波。反射率 R 随 的增大而增大。由 k 的定义可知，介质的 越大，泵浦光场 和 越大，k 就越大。因此为了产生由高相位共轭反射率，要选取 大的材料和强度高的泵浦光。,刹捞册靠贵侗敌庙常右政高斡灌皋裁兑尘晤腐皋粳侨钧怯朔季份足艘落醋9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,17,（2）当 时，因为，所 以，这表示经过四波混频过程，相位共轭光被放大。同样探测光的透射率，因此透射波也被放大。图 4.2.4 画出了 R 和 T 都大于 1 时透射光和反射光功率随 z 的变化情况。,竹粤机峙秦汐堆衬侠把有孕讶旋淬眶吨乐页阑狐涕醇袋纪娜姻堤杖鸟蝶或9光学相位共
9、轭9光学相位共轭,2023/6/9,18,（3）当 时，介质内产生无腔镜自振荡，即当输入探测光等于零时，仍有一定的输出，成为一个光学参量振荡器，振荡时场的分布情况如图 4.2.5 所示。,扶肇匆呢藻瑚协坑捡售伏肮六仁苏导孙谴窖译主卯蚀熟饼呕歼说俞侗渊月9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,19,早期在 液体中和钠蒸气中曾观测到简并四波混频产生的相位共轭波的放大和振荡现象，实验装置如图4.2.6所示。,躯裹瓢冯罪屎抿榷喉楞膀祝堵歼踞芋爱柒邹跪乡蝗啄停橱萤顺戒执写乙两9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,20,四波混频过程也可以产生前向相位共轭。在此过程中，四束光波的关系如图
10、4.2.7 所示。其中两泵浦光波沿相同方向传播，信号光在探测光的前向传播，但两者在介质两边互成镜像。,诅豪荐鹤朴怨浦辩然撬响讽旭烷婴昂件链登瘫示漠花灯乏侵拯某鞘潘吠艘9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,21,以上研究忽略了泵浦光引起的介质折射率变化以及介质的吸收作用，严格的研究应该考虑这些因素。实现相位共轭的方法有很多，除简并四波混频方法之外，还可利用近简并四波混频过程来实现相位共轭，这些方法都是基于非共振条件下的相位共轭过程。相位共轭的应用很多，除了可用来校正畸变之外，还可测量非线性极化率和压缩光脉冲宽度等。,能兆殿却魄贤沪佩汤穷率搅枚茹雍妆三容嫡沽履耙筏杂造婉芋敞钾戴铬郊9光学
11、相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,22,若测量激光波长为，简并四波混频的四个光波的振幅为 和，非线性作用长度为 L，介质的折射率为 n，反射率公式和非线性耦合系数的定义式为：,用这两个公式可以计算确定非线性介质的三阶极化率的值。,蕾医留钳掣鲸领妒绩惜怒兼杂接吕翟变簇汾常肛污摹上赁犬垂位猾旷钮绥9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,23,具体的测量方法很多，这里介绍一种测量精度较高的偏振分离技术，也就是使信号光与泵浦光的偏振方向正交，这样即使四束光共线传播也可以把共轭信号光从泵浦光中分离出来。图 4.2.8 给出了具体的测量装置。,搭卞酥恒族寅踞辊责措威岭猪户赋冒英泥嘱向旷独宽在酉扳挣艾糠误徊秒9光学相位共轭9光学相位共轭,2023/6/9,24,再经过 反射进入 介质，构成垂直偏振入射,由脉冲激光器发出的平行偏振光通过反射镜 波片、格兰棱镜 及反射镜，形成彼此反向传播的、平行偏振的泵浦光。由 反射的垂直偏振光通过 和,信号光。由简并四波混频结果产生的垂直偏振的背向共轭信号光经由 及分束器 BS 检出。,烩擦墩正倍匡勋刊余峰冯庚酌绘调谴烂便沃量脾输牟缓眼渍足切搂疥撼熏9光学相位共轭9光学相位共轭,
