| 小火龍果 |
2024-02-23 12:14 |
RP 系列激光分析設(shè)計(jì)軟件 | 空間離散
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)姆较颍ㄊ噶看怪庇诓嚸妗?span style="display:none"> wN1%;~?7
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(guò)下式計(jì)算離散角 ~Vq<nkWS
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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。 qd\5S*Z1
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。 kNqSBzg
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一個(gè)例子 z'N_9=
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。 ?0k(w iF
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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。
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非線性互相作用中的空間離散 -+fb K/
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(guò)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。 h#a;(F4_7
不幸的是，僅僅使用更強(qiáng)聚焦的光束并不能解決問(wèn)題，需要更短的相互作用長(zhǎng)度，因?yàn)榭臻g離散對(duì)于更小的光束半徑變得更加重要。然而，對(duì)于允許在短長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行良好轉(zhuǎn)換的高光學(xué)強(qiáng)度，這個(gè)問(wèn)題被減少了。 *{/
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空間離散現(xiàn)象與有限角位相匹配帶寬的走離現(xiàn)象直接相關(guān)。上面的方程表明，在特殊折射率與角度有很強(qiáng)相關(guān)性的情況下，會(huì)出現(xiàn)大的走離角。在這種情況下，位相匹配條件也強(qiáng)烈地依賴于傳輸角度，并且當(dāng)使用具有大的光束發(fā)散的緊聚焦光束時(shí)，位相匹配變得不完全。 F)P"UQ!\
通過(guò)使用兩個(gè)連續(xù)的非線性晶體來(lái)實(shí)現(xiàn)一種離散補(bǔ)償是可能的，這兩個(gè)晶體的取向使得離散方向彼此相反。在這些晶體中仍然會(huì)有離散，但它的整體影響可以大大減少。 %Ci`O hT
例如，即使使用單個(gè)非線性晶體，也可以通過(guò)在相反方向上輕微移動(dòng)輸入光束之一（具有離散的光束）來(lái)減少和頻產(chǎn)生中的離散影響。 Omy4Rkj8bh
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通過(guò)使用非臨界相位匹配方案，可以完全避免空間離散。然而，這通常要求晶體在通常并非巧合地接近室溫的溫度下工作。
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