相位共轭技术在非线性光学与光子学中的多种应用

从基础研究的观点来看，早期有关通过各种四波混频方法产生相位共轭波的研究，诚然对以后解释后向受激散射和后向受激发射的相位共轭本质，有一定的启迪作用。然而，这种方法通常要求有3束光按严格的光路调整入射，因此往往不便于实际应用。而通过后向受激散射产生的共轭波，具有较高非线性反射率、能承受较高入射泵浦能量（功率）以及只要求单光束入射等优点，因此有最大的应用潜力。利用高转换效率的受激布里渊散射、无频移的受激瑞利布拉格散射或受激米氏散射装置，作为具有高非线性反射率的相位共轭反射器，可直接应用于多种特殊的激光器系统。

图8-30　相位共轭反射器在特种激光器系统中的应用

（a）激光振荡器；（b）激光放大器；（c）激光自动聚焦打靶系统；
（d）激光远程武器系统；（e）激光搜寻与救援系统

图8-30为将光学共轭反射装置应用于几种特殊激光器系统的工作原理。其中图8-30（a）为利用一个共轭反射装置做后腔镜的激光振荡器系统：此时由激光介质静态光学质量不完美和动态折射率畸变所造成的影响可自动消除。图8-30（b）是利用一个共轭反射装置的激光放大器系统：一种高质量具有理想波面的入射激光束一次经过放大介质后，波面将发生畸变，但经共轭装置反射并反向通过放大介质后，由后者引入的畸变影响可得到消除，从而可获得同样具有理想波面的激光放大输出。图8-30（c）是利用共轭反射器的激光微靶自动聚焦系统：在高泵浦条件下，由高增益激光介质向前方发射出具较大发散程度的初始受激发射光束，包容了一个特殊的微型物靶，一部分由该微靶反射的光束可反向通过激光介质获得放大，然后经共轭反射后再次前向通过激光介质获得放大；这样经过两次放大的激光束将按照原路返回物靶，并将全部所携能量准确无误地馈入微型物靶。图8-30（d）是利用共轭反射器的激光远程武器打靶系统：首先用一台辅助激光搜寻器通过大发射角激光束捕获到目标靶，由后者反射的微弱激光信号光束的一部分被一台强大的激光放大器所收集和放大，然后经共轭反射并再次前向通过放大器后，能携带巨大光能准确无误地击中即使是处于高速运动状态中的物靶。图8-30（e）是利用激光材料（如激光染料激活的聚合物板）做合作物靶的激光救援搜寻系统：在用配置有搜寻激光器的飞行器对目标区域进行同步扫描探测的过程中，一旦搜索激光束捕获到待救援人员所携合作物靶后，由后者反向发射出的相干光辐射信号将全部按原路返回飞行器，从而可获得高得多的探测信噪比。同样的原理，也适用于对飞行器、军舰和战车等的敌我识别。(www.xing528.com)

基于相类似的原理，光学相位共轭技术也可富有成效地应用到经过扰动介质的定向光通信、高速飞行目标自动跟踪、高能光束远距离传输、光学相位列阵雷达等领域。

对于高能量、高功率脉冲激光振荡器/放大器系统，早、中期的相位共轭反射器通常是一种SBS装置，使用适当的液体、高压气体或固体作为布里渊散射介质，非线性反射率可以高达70%［78～81］；而近期开发的受激瑞利布拉格散射和受激米氏散射，又为这方面的应用提供了新的技术选择，并且具有低泵浦阈值要求以及无散射频移等优点。在特殊情况下，具有长增益长度的多模光纤也可作为SBS工作介质镜，能够在低泵浦能量或连续波激光振荡器系统中提供相位共轭反馈［82，83］。另外，相位共轭SBS反射镜也可用于对多激光束进行组合和稳定化自动控制［84，85］。

在原理上，四波混频（FWM）方法也可应用具有高阶非线性的适当介质来提供相位共轭反馈［86～88］。然而在实践中，为获得较高的四波混频过程效率，通常采用两类材料：①染料溶液或染料掺杂的固体或液晶［89～91］；②光折变晶体［92～94］。前者的缺点是在感应诱导折射率变化的贡献中，光热效应经常占主导地位，而后者的缺点则是感应折射率变化的响应时间过慢（常以毫秒为单位）。

最近，改良的光学相位共轭技术已经被用于生物组织的高分辨率成像［95～97］，以及通过扰动介质对纳米物体的成像［98，99］。