相位共轭波在非线性光学中的特殊功能

如图8-1所示，对一种给定的具有任意复杂波面分布的入射波场而言，它的相位共轭波的波面分布，沿传输方向上正好准确反转。利用光学相位共轭波的波面反转的这一特殊性质，在原则上可以实现一系列重要的光学应用技术。

光学相位共轭波的概念和用其补偿相位畸变的理论建议，最早由Yariv于1976年提出［6，7］。

首先，借助图8-2来说明后向相位共轭波的畸变补偿能力。其中图8-2（a）表示一理想平面波通过一折射率扰动介质后波面发生畸变，该透射波经一平面镜反射第二次通过同一扰动介质后，出射波面所经受的畸变影响将加倍。而图8-2（b）表示的则是第一次通过扰动介质后的畸变光束，在经过一个共轭反射装置后成为一种后向相位共轭波，它在通过扰动介质后的出射波面，将恢复为理想的平面波。这充分说明了一种共轭反射装置与普通反射镜的根本区别。

其次，再借助图8-3来说明前向相位共轭波的畸变补偿能力。其中图8-3（a）表示经过扰动介质后的畸变光束，再通过一种透射式的相位共轭装置而成为前向相位共轭波；这一波束经平面镜反射后再返回通过同一相位共轭装置，但这里假设该装置对反向通过它的波场不起任何波面反转作用，因此当反向光束继续通过扰动介质后，其波面畸变将完全得以消除。图8-3（b）表示的是另外一种利用前向相位共轭波消除波面畸变的途径，此时一个透射式的相位共轭装置位于扰动特性相同的两个传输介质（例如两个等长度的相同光纤传输线路）中间，则经由共轭装置产生的前向相位共轭光束，在继续通过第二个扰动介质后，其波面畸变影响亦可自动得以消除。

图8-2　后向相位共轭波的畸变补偿能力(www.xing528.com)

（a）理想平面入射波经镜面反射再次通过扰动介质后畸变加倍；
（b）后向相位共轭波通过扰动介质后畸变消除

图8-3　前向相位共轭波的补偿能力

（a）前向相位共轭波经镜面反射再次通过扰动介质后畸变消除；
（b）前向相位共轭波通过第二个相同扰动介质后畸变消除

理论分析和实验事实均已表明，在非线性光学领域内，可分别采用四波混频、三波混频、后向受激散射、后向激光发射等4类主要方法来产生光学相位共轭波。