光學(xué)四波耦合過(guò)程的相關(guān)討論1.doc

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1、光學(xué)四波耦合過(guò)程的相關(guān)討論光學(xué)四波耦合過(guò)程對(duì)照三波耦合的相關(guān)過(guò)程,入射波為,合成波為,這四種波在介質(zhì)中進(jìn)行混頻,其光子的能量守恒和動(dòng)量守恒:的光波有:假設(shè)各個(gè)平面波沿z方向傳播,聯(lián)立兩式,則有:式中同樣的方法可以寫(xiě)出其他頻率為的光波對(duì)應(yīng)的耦合波方程。其他的組合方式例如四波的差頻于和頻,可以用下圖表示:四個(gè)波頻率想等的情況下其四波混頻稱(chēng)為簡(jiǎn)并四波混頻,即能量守恒,則,三階極化率為,極化強(qiáng)度為:這里的D=3.雖然簡(jiǎn)并四波混頻的四個(gè)光子帶頻率相同,但其波矢方向可以不同,因此在相位匹配條件下,有一種特殊情況,即存在兩隊(duì)波矢相反的光:k,-k,和,

2、-,若:即:這里的k與-k為泵浦光,-k’波與k’波什相位共軛波。這種簡(jiǎn)并四波混頻非線性過(guò)程與典型的全息照相過(guò)程或光柵形成過(guò)程很相似。四波混頻過(guò)程中的光學(xué)相位共軛輸入探測(cè)光,輸出信號(hào)光,以及泵浦光,都是同頻率的,即,假定,也反向傳播,即,無(wú)論入射角如何,自動(dòng)滿足相位匹配條件。則的非線性極化強(qiáng)度為考慮到光沿z方向傳播,自動(dòng)滿足。四個(gè)耦合波方程可化為兩個(gè):簡(jiǎn)化為:解上面的方程,考慮到邊界條件:假設(shè)介質(zhì)長(zhǎng)為L(zhǎng),只有波從z=0面入射,即,沒(méi)有波自z=L面射出,即,,其解為:輸出的電光場(chǎng)為:為z=L面射出的探測(cè)光場(chǎng);為z=0面射出的共軛波光場(chǎng)。對(duì)于

3、z=0面,,的振幅為的復(fù)共軛,傳播方向相反。定義相位共軛的功率透射系數(shù)和反射系數(shù)分別為:可以從公式中得出一些結(jié)論:信號(hào)光是源探測(cè)光的相位共軛波,反射率R隨著kL的增大而增大。當(dāng)時(shí),因?yàn)椋訰>1,這表示經(jīng)過(guò)四波混頻過(guò)程,相位共軛波被放大。T≥1,因此透射波也被放大。R和T都大于1時(shí)透射光和反射光功率隨z變化如下:當(dāng)時(shí),R→∞,介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生無(wú)腔鏡自振蕩,成為一個(gè)光學(xué)參量振蕩器,振蕩時(shí)場(chǎng)的分布如下:

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