phase matching
简介
当频率为ω1和ω2的光电场作用于非线性光学介质时，引起的二级非线性极化强度含有频率为ω1+ω2，ω1-ω2，2ω1，2ω2等不同频率的分量.这些极化分量可能辐射出相应频率的电磁波，即可能产生和频、差频以及倍频等效应.但不是所有这些频率的电磁波都能有效地产生，只有当入射光与非线性极化的某一频率分量满足所谓相位匹配条件的时候，才能有效地辐射出该频率的电磁波.否则由于折射率色散问题，出现相消干涉.若入射波的波矢量分别为k1和k2，辐射波的波矢量为k3，则只有满足动量守恒条件△k=k3-(k1+k2)=0的时候，这种辐射才能产生.以上条件称相位匹配条件.例如在和频的情况下，ω3＝ω1+ω2，对应的相位匹配条件为k3-(k1+k2)=
这里n(ωi)(i=1，2，3)是材料的折射率，c是真空中的光速.下面以晶体的倍频为例来说明如何实现相位匹配.这时ω1＝ω2＝ω，ω3=2ω，相位匹配条件为n(2ω)=n(ω)，记为n2ω＝nω，要满足这个条件，可利用各向异性晶体的双折射性质，即采用折射率相位匹配法，也称角度相位匹配.图中给出了负单轴晶体中寻常光和非常光的折射率曲面.取基波为寻常光，谐波为非常光，则nω＝nω0，n2ω＝n2ωe(θ)，只要n2ωe>nω0，当基波波矢kω与光轴z的夹角θ=θm时，寻常光的折射率球与非常光的折射率椭球相交，则n2ωc(θm)=nω0，满足相位匹配条件. 当然对正单轴晶体和双轴晶体也可以找到相位匹配角θm.当θm＝90°时最理想，这时称为非临界相位匹配. 因为这时非常光与寻常光的射线方向重合，不存在离散，而且这时聚焦束的发散问题也不严重. 为实现θm＝90°，一般需要调节晶体温度，因为一般情况下非常光折射率ne比寻常光折射率n0随温度变化剧烈，所以有时可能选取一个相位匹配温度Tm，使θm＝90°.实现相位匹配是至关重要的，例如对于二次谐波产生，利用相位匹配技术，可使基波光到谐波光的转换效率接近1.对于和频、差频等其它参量过程，其相位匹配原理也是类似的.
负单轴晶体中寻常光和非常光的折射率曲面.当θ=θm时满足倍频相位匹配条件n2ωe(θ)=nω0.
拓展资料
准相位匹配 Ⅱ类相位匹配 信号相位匹配 角度相位匹配 相位匹配技术 临界相位匹配 信号相位匹配原理 相位失配 倍频相位匹配 相关匹配