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2013年第10期物理通报大学物理教学
非线性光学中有关相位匹配的几个问题
康慧珍张立云郭维
(军事交通学院基础部天津300161)
(收稿日期：2013—04—09)
摘要：以二次谐波发生过程为例，分别介绍了非线性光学中几种相位匹配方法的原理，并讨论了各种方法的
优势和局限性，为研究非线性谐波的相位匹配提供了一定的理论指导．
关键词：相位匹配二次谐波波导
同的方向．例如，负单轴晶体(。)中，基波(o
1引言
光)的折射率n。n
谐波的产生是非线性光学效应的重要技术应用和谐波(e光)的折射
之一．以二次谐波的产生(即倍频效应)为例，它可率’的折射率椭
以广泛地应用于产生可见到近紫外波段的光波．而球面，灰色的相交曲
相位匹配则是谐波产生的必要条件．有效的二次谐线决定了相位匹配
波的产生高度地依赖于相位匹配条件的满足，即基角@，如图1所示．图1负单轴晶体(。)中，
频波与倍频波波矢之差Ak一0．由于然而，这种方法基波和谐波的折射率椭球面
△忌一[翌_)二]要求参与作用的光波必须具有不同的偏振方向，因
C此，限制了对材料的较大非线性系数的选择．而且在
因此n((u2)一n(∞1)=0许多折射率差较小的晶体中双折射并不能够补偿色
此即二次谐波产生的最佳相位匹配条件，要求基频散效应．
光与倍频光在晶体内具有相同的传播速度，这样，在2．2准相位匹配法
晶体内各处产生的倍频光与基频光都具有相同的相1962年，Armstong等人提出一种新方法l2]，在
位，使倍频光得到相长干涉，获得最强的倍频输出．二阶非线性介质中用周期性极化方向反转的光栅作
然而，通常折射率由正色散决定，即(cU)一
为附加波矢，补偿基波与谐波之间的相位失配，即
(∞)0，即Ak0，所以，严格的相位匹配很难9竹
Ak—k2一2忌一kk一
得到满足．因此，人们一直在探索和寻求各种可能的l
方法来补偿由于色散所引起的相位失配．其中以为附加光栅的光栅周期，这种方法被称作准
现在将以非线性光学中相位匹配方法的发展过相位匹配(QPM)．值得注意的是，这种技术只适用
程中的难题为线索，对目前比较常用且发展成熟的于某些具有铁电非线性的光学材料中，并不适合大
几种相位匹配方法进行讨论．量的经典材料．而且在典型的非线性材料中，相应于
的相干长度是微米量级，这使得通过堆垛晶体片
2几种相位匹配方法
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