| 小火龍果 |
2024-02-23 12:14 |
RP 系列激光分析設計軟件 | 空間離散
對于在各向同性介質中傳播的激光束，橫向強度分布沿著由介質波矢量（=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，藍色表示具有顯著光學強度的區(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（不要與時間離散混淆），與坡印廷矢量和波矢量之間的某個有限角度ρ（稱為離散角）有關。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"> oFM\L^Y?$$
空間離散僅發(fā)生在具有特殊偏振態(tài)的光束中，該光束相對于光軸以某個角度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算離散角 59mNb:<
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其中負號表示離散發(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）不會發(fā)生離散。 WA}<Zme3[
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。對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。 cKuU#&FaV
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一個例子 n v&uhu/q
例如，假設一束激光束在鈮酸鋰晶體的x-z平面內沿某一方向傳播。這種材料是負單軸的，這意味著沿z軸（即光軸）偏振時折射率最小。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，即遠離光軸。圖2顯示了計算結果。
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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)關系。 A tl`J.;G
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非線性互相作用中的空間離散 L1 =3_fO
在基于非線性晶體中臨界相位匹配的非線性頻率轉換方案中會遇到空間離散。其結果是，在聚焦光束內相互作用的波在傳播過程中失去了它們的空間重疊，因為那些具有特殊偏振的波經(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。)實際上，可以限制有效的相互作用長度，從而限制轉換效率，并且產(chǎn)物光束的空間輪廓會變寬，光束質量會降低。 z@;]Hy
不幸的是，僅僅使用更強聚焦的光束并不能解決問題，需要更短的相互作用長度，因為空間離散對于更小的光束半徑變得更加重要。然而，對于允許在短長度內進行良好轉換的高光學強度，這個問題被減少了。 d]1%/$v^
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。上面的方程表明，在特殊折射率與角度有很強相關性的情況下，會出現(xiàn)大的走離角。在這種情況下，位相匹配條件也強烈地依賴于傳輸角度，并且當使用具有大的光束發(fā)散的緊聚焦光束時，位相匹配變得不完全。 D`p&`]k3v
通過使用兩個連續(xù)的非線性晶體來實現(xiàn)一種離散補償是可能的，這兩個晶體的取向使得離散方向彼此相反。在這些晶體中仍然會有離散，但它的整體影響可以大大減少。 CvfX m
例如，即使使用單個非線性晶體，也可以通過在相反方向上輕微移動輸入光束之一（具有離散的光束）來減少和頻產(chǎn)生中的離散影響。 Rs _ 0xh
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通過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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