激光束的自聚焦、自散焦与自调制VIP免费

激光束的自聚焦、自散焦与相位调制 引言：在各向同性的非线性介质中，光场会引起介质极化率的实部发生变化，或者说光致折射率变化或产生非线性折射率。光致折射率变化的效应有多种，这里只介绍光学克尔效应，它表述为介质某处折射率变化的大小与该处光强大小成正比。本文介绍自作用（自相位调制）和互作用（交叉相位调制）两种光克尔效应。还要讨论由于高斯光束横向分布的不均匀性，光束在传播过程中引起的自聚焦，自散焦效应的理论，以及相关的时间和空间自相位调制的现象。 一．光学克尔效应 光克尔效应是指光电场直接引起的折射率变化（即非线性折射率）的效应，其折射率变化大小与光电场的平方成正比，即 2EΔn∝。这种效应属于三阶非线性光学效应。具有克尔效应的介质称为克尔介质。光学克尔效应因其产生的非线性极化率的方式不同而被分为两种： （1） 自作用光学克尔效应 利用频率为ω的信号光自身的光强引起介质折射率变化，同时用一束信号光直接探测在该频率ω下的非线性极化率实部或非线性折射率的大小。 （2） 互作用光学克尔效应 演示这种光克尔效应，需要两束光：泵浦光---引起折射率变化的强光；信号光----探测介质折射率变化大小的弱光。也就是用频率不同（ω’）或偏振方向不同的强泵浦光引起介质折射率变化，同时用频率为ω的弱信号光探测介质非线性极化率实部或非线性折射率的大小。图1.给出了自作用克尔效应和互作用克尔效应的两个典型例 子 。 (a)自作用克尔效应 （b）互作用克尔效应 图1.两种光克尔效应 设 信号光频率为ω，泵浦光频率为ω’，忽 略 吸 收 ，自作用克尔效应和互作 用克尔效应的非线性极化强度分别表示为 23(3)0( )3( ; ,, )( )( )PEE（）ωεχωωωωωω （1.1） 23(3)0( )6( ;',- ', )( ')( )PEE（）ωεχωωωωωω （1.2） 在光波传播过程中，折射率的变化会引起光的相位的变化。考虑一个沿Z方向传播的平面单色波()((z )ei kz wtEEω,z)=,光从z=0 出发传至z=L,引起介质的折射率变化为Δn,传播常数变化为Δk,相应光波的相位变化为 02KLcωπΔφ=ΔΔnL=ΔnLλ（1.3） 上式表明光致折射率变化调制了相位，对自作用光克尔效应和互作用光克尔效应，相应地存在自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）两种。 1.1 自相位调制光克尔效应 为讨论自作用光克尔效应中折射率与光场的关系，设频率为ω的强激光入射各向同性介质，仅考虑一阶和三阶效...