對(duì)于在各向同性介質(zhì)中傳播的
激光束,橫向強(qiáng)度分布沿著由介質(zhì)波矢量(=k矢量)定義的
光束軸傳播。在各向異性(因此也是雙折射的)
晶體中,情況不一定如此:強(qiáng)度分布可能偏離波矢量定義的方向,如圖1所示,其中灰色線表示波前,藍(lán)色表示具有顯著
光學(xué)強(qiáng)度的區(qū)域。這種現(xiàn)象稱為空間離散、雙折射離散或坡印廷矢量離散(不要與時(shí)間離散混淆),與坡印廷矢量和波矢量之間的某個(gè)有限
角度ρ(稱為離散角)有關(guān)。坡印亭矢量定義了能量傳輸?shù)姆较,而波矢量垂直于波陣面?span style="display:none"> wV{VV?h}
空間離散僅發(fā)生在具有特殊
偏振態(tài)的光束中,該光束相對(duì)于光軸以某個(gè)角度θ傳播,因此
折射率 ne 和相速度依賴于該角度。然后可以通過下式計(jì)算離散角
3,@|kN< ;BEX|wxn < 'r<MA< 其中負(fù)號(hào)表示離散發(fā)生在折射率降低的方向上。特殊折射率ne及其導(dǎo)數(shù)是特定角度θ的值。具有普通偏振的光束(其中折射率不依賴于傳播角)不會(huì)發(fā)生離散。
jTok1k 在圖1中夸大了走離角的大小。在典型情況下,它在幾毫弧度和幾十毫弧度之間的范圍內(nèi)。對(duì)于接近折射率橢球軸之一的傳播方向,離散甚至可以變得更小。
i#Fe`Z ~J l37l| xp~ 一個(gè)例子 A)f/ww)Q 例如,假設(shè)一束激光束在鈮酸鋰晶體的x-z平面內(nèi)沿某一方向傳播。這種
材料是負(fù)單軸的,這意味著沿z軸(即光軸)偏振時(shí)折射率最小。在光束軸和z軸之間存在一定角度θ(<90°)的情況下,折射率隨著θ的增大而減小。因此,離散指向更大的θ,即遠(yuǎn)離光軸。圖2顯示了計(jì)算結(jié)果。
`Jl_'P} EJTa~ (/J %Huy 圖2:室溫下LiNbO3晶體中635nm激光光束的折射率和離散角與z軸傳播角的
函數(shù)關(guān)系。
aDX4}`u J2$=H1- 非線性互相作用中的空間離散 %VgK::)r 在基于非線性晶體中臨界相位匹配的非線性頻率轉(zhuǎn)換方案中會(huì)遇到空間離散。其結(jié)果是,在聚焦光束內(nèi)相互作用的波在傳播過程中失去了它們的空間重疊,因?yàn)槟切┚哂刑厥馄竦牟ń?jīng)歷了離散,而那些具有普通偏振的波則不是這種情況。(注意,雙折射相位匹配必然涉及具有兩種偏振態(tài)的光束。)實(shí)際上,可以限制有效的相互作用長(zhǎng)度,從而限制轉(zhuǎn)換效率,并且產(chǎn)物光束的空間輪廓會(huì)變寬,光束質(zhì)量會(huì)降低。
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