光学四波耦合过程的相关讨论1.doc

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1、光学四波耦合过程的相关讨论光学四波耦合过程对照三波耦合的相关过程，入射波为,合成波为，这四种波在介质中进行混频，其光子的能量守恒和动量守恒：的光波有：假设各个平面波沿z方向传播，联立两式，则有：式中同样的方法可以写出其他频率为的光波对应的耦合波方程。其他的组合方式例如四波的差频于和频，可以用下图表示：四个波频率想等的情况下其四波混频称为简并四波混频，即能量守恒，则，三阶极化率为，极化强度为：这里的D=3.虽然简并四波混频的四个光子带频率相同，但其波矢方向可以不同，因此在相位匹配条件下，有一种特殊情况，即存在两队波矢相反的光：k，-k，和，

2、-，若：即：这里的k与-k为泵浦光，-k’波与k’波什相位共轭波。这种简并四波混频非线性过程与典型的全息照相过程或光栅形成过程很相似。四波混频过程中的光学相位共轭输入探测光，输出信号光，以及泵浦光，都是同频率的，即，假定，也反向传播，即，无论入射角如何，自动满足相位匹配条件。则的非线性极化强度为考虑到光沿z方向传播，自动满足。四个耦合波方程可化为两个：简化为：解上面的方程，考虑到边界条件：假设介质长为L，只有波从z=0面入射，即，没有波自z=L面射出，即,，其解为：输出的电光场为：为z=L面射出的探测光场；为z=0面射出的共轭波光场。对于

3、z=0面，，的振幅为的复共轭，传播方向相反。定义相位共轭的功率透射系数和反射系数分别为：可以从公式中得出一些结论：信号光是源探测光的相位共轭波，反射率R随着kL的增大而增大。当时，因为，所以R>1,这表示经过四波混频过程，相位共轭波被放大。T≥1，因此透射波也被放大。R和T都大于1时透射光和反射光功率随z变化如下：当时，R→∞，介质内产生无腔镜自振荡,成为一个光学参量振荡器，振荡时场的分布如下：