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第7章 光学相位共轭技术,7.1 相位共轭波及其物理意义 7.2 三波混频相位共轭技术 7.3 四波混频相位共轭技术 7.4 受激布里渊散射(SBS)光学相位共轭技术 7.5 光子回波光学相位共轭技术 7.6 光学相位共轭技术的应用 习题,7.1 相位共轭波及其物理意义,7.1.1 相位共轭波的定义 相位共轭波是在振幅、 相位(即波阵面)及偏振态三个方面互为时间反演的光波。 在数学上相当于给光电场作用一个算符, 使其复振幅转变为它的复共轭, 并因此而得名。,一频率为s的单色光波沿z轴方向传播, 其光电场表示式为 （7.1-1）,则该光波的相位共轭波的光电场定义为,（7.1-2）,在有些非线性光学过程如SBS、 SRS中, 在一定条件下背向散射光场的复振幅也是入射光场复振幅的复共轭, 但是它们的频率不同。 尽管如此, 我们仍将其看作为入射光的背向相位共轭光。 在这种情况下, 背向相位共轭光电场的表示式为,（7.1-3）,若把上述光电场的复振幅表示为,（7.1-4）,则其相位共轭光电场的复振幅为,（7.1-5）,式中的A(r)、 (r) 分别为光电场的振幅和相位, 皆为实数。,7.1.2 相位共轭波修正波前畸变的物理过程 若（7.1-1）式所描述的光波为线偏振光, 它在介电常数为(r)的非均匀介质中传播时满足标量形式的波动方程:,（7.1-8）,将光电场表示式代入, 得,（7.1 - 9）,对该式取复共轭, 有,（7.1-10）,图7.1-1 相位共轭反射镜和相位共轭透镜,图7.1-2 相位共轭波修正波前畸变的物理过程,图7.1-3所示为一高斯光束通过大气后入射到PCM上的情形。 入射光电场为,（7.1-11）,（7.1-12）,该畸变光波入射到PCM上后, 产生背向相位共轭波3, 其光 电场分布为,（7.1-13）,假如在我们所考虑的时间内, 大气的光学性质可认为不变, 则相位共轭波3再次通过大气后变为4, 光电场分布变为,（7.1-14）,它是一个完全消除了大气影响的会聚高斯光束。,图7.1-3 修正大气不均匀性产生的波前畸变的物理过程,7.2 三波混频相位共轭技术,三波混频结构示意图如图7.2-1所示, 为了更清楚地讨论三波混频相位共轭特性, 下面分别就三个光波皆为平面波和入射信号光有任意波前分布两种情况进行讨论。,图7.2 - 1 三波混频结构示意图,7.2.1 平面光波的三波混频相位共轭 设晶体中的三个光波均为沿z方向传播的平面波, 光电场表示式为,(7.2-1),由二阶非线性极化强度的一般关系式(1.1-40), 可以得到 相应于各个频率分量的非线性极化强度的复振幅为,按照第四章的讨论方法, 在考虑慢变化振幅近似条件下, 这三个光电场满足下面三个方程:,(7.2-2),(7.2-3),式中,k=k1+k2-k3,(7.2-4),7.2.2 入射波前任意分布信号的相位共轭波的产生 如果入射泵浦光是均匀分布的平面波, 入射
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