四波混频实验报告
三分频和四分频实验报告
三分频和四分频实验报告三分频和四分频实验是光学实验中常用的方法，可以通过此方法测量出物体的折射率和薄膜的厚度。
本文将对三分频和四分频实验进行详细介绍。
一、三分频实验三分频实验是通过将一束入射光线分成三个部分来进行的。
将一束入射光线通过一个透明的晶体，在晶体内部将入射光线分成三个部分，产生一个频率为ω的基波和两个频率为2ω的次谐波。
其中一个次谐波与基波成π/2的相位差，另一个次谐波与基波成π的相位差。
测量物体的折射率时，将透明的晶体放置在物体之间，分别测量三波的折射率。
设第一波光线的相位为φ，第二波光线的相位为φ+π/2，第三波光线的相位为φ+π，则物体的折射率n可以通过下式计算得出：n=sin(φ+π/2)/sin(φ)其中φ可以通过在不同角度下测量三波的相对幅度来得到。
二、四分频实验四分频实验是将一束入射光线分成四个部分，其中一个为基波，其他三个为频率为2ω的次谐波，在通过一个薄膜后，次谐波会发生相位差，这个差异因薄膜的厚度和复折射率而异。
通过测量这些相对幅度和相位差，可以计算出薄膜的厚度和复折射率。
薄膜的复折射率可以通过下式计算得出：n= (1+i*k)/(cosθ)其中k为衰减系数，θ为薄膜的倾斜角度。
薄膜的厚度可以通过下式计算得出：t=(λ/4nφ)其中λ为入射光线的波长，φ为相位差。
三、实验操作在进行三分频实验时，需要使用激光器和透明的晶体，并将物体置于晶体之间。
通过旋转物体和测量三波的相对幅度，测定物体的折射率。
在进行四分频实验时，需要使用激光器、薄膜和依次放置的几个透镜。
通过旋转薄膜和测量四波的相对幅度和相位差，计算出薄膜的厚度和复折射率。
四、实验结果通过实验，我们可以得到物体的折射率和薄膜的厚度和复折射率。
根据实验结果，我们可以对物体的光学性质进行研究和应用。
总之，三分频和四分频实验是光学研究中常用的方法，通过对光线的分解和测量可以得到各种光学性质的信息。
在实际应用中，这些信息可以被用来解释光学现象，优化光学设计，并解决一些光学方面的问题。
raman—nath条件下吸收介质中的四波混频理论
raman—nath条件下吸收介质中的四波混频理论四波混频理论是四波混合在一起并在一个复杂的介质中产生交叉频率的物理学现象。
传统的理论是基于RamanNath条件下，即当复杂介质中有一个特定频率（内模）和另一个竞争频率（外模）时，四波混频理论会起作用。
四波混频理论又分为四类：模式交叉，曲率交叉，分离式混频和波恢复。
模式交叉可以产生四个独立的模式，其中每个模式都具有稳定的横向振幅和纵向振幅，在一个特定的介质中，它们会产生交叉频率，具有特定形态和角度，以此类推。
曲率交叉也叫做Kerr效应，它是一种光学和光学数字图像处理技术。
它可以在一个介质中产生弯曲变形模式，这些模式会在有竞争频率存在时产生交叉频率。
它也可以将介质中的特定频率以及竞争频率转换为另一个介质中的不同频率，以此来改变其特性。
分离式混频可以实现介质中特定频率和竞争频率的分离，并且在介质中产生一个新的特定频率，以此来实现更多的灵活性。
波恢复是当特定频率和竞争频率存在于介质中时，它可以让两个波长重新恢复到原来的振幅。
它可以有效调节介质中的竞争频率，从而改善整体的模式。
四波混频理论已经被广泛应用于多个领域，如光学传感、物理模拟、图像处理、声学处理和无线电频率等。
它主要用于实现介质的吸收，降低介质中的竞争频率，并调节四波混频的模式。
四波混频理论吸收介质中的特定频率和竞争频率，并将其转换为不同频率，这种转换过程可以保证一个特定形状的波模式，确保介质中的其他频率不会影响混频结果。
此外，四波混频理论的技术也可以用于解决复杂介质中的多倍长度传输问题，从而有效提高信号传输速率。
四波混频理论由RamanNath首先提出，它是一种物理学现象，具有广泛的应用前景。
它不仅可以吸收介质中的特定频率和竞争频率，还可以有效改善介质特性，确保良好的传输效果。
因此，在应用中，四波混频理论是一项重要的技术，用于提高介质传输效率和精度。
综上所述，四波混频理论是一种基于RamanNath条件的物理学现象，它可以吸收介质中的特定频率和竞争频率，并将它们转换为不同的频率，以此来改善介质中的特性。
简并四波混频在原子分子光谱学中的应用
简并四波混频在原子分子光谱学中的应用
简并四波混频（Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy, CARS）是一种非线性光谱技术，广泛应用于原子分子光谱学中。
它利用激光与分子之间的相互作用，通过测量非弹性散射光的频移来获取分子的结构和动力学信息。
简并四波混频在原子分子光谱学中的应用主要包括以下几个方面：
1. 分子结构研究：简并四波混频可以提供分子的振动和转动信息，从而研究分子的结构和构象。
通过测量不同频率的非弹性散射光，可以获取分子的拉曼光谱，进而确定分子的化学键、官能团等结构信息。
2. 分子动力学研究：简并四波混频可以实时观察分子的振动和转动过程，研究分子的动力学行为。
通过测量非弹性散射光的频移和强度变化，可以了解分子在不同能级间的跃迁情况，包括电子激发、振动跃迁、转动跃迁等。
3. 化学反应动力学研究：简并四波混频具有快速响应的特点，可以实时地研究化学反应的动力学过程。
通过测量反应物和产物的振动光谱，可以确定反应物的浓度变化和反应速率，并探索反应机理。
4. 生物医学应用：简并四波混频广泛应用于生物医学领域，可用于研究生物分子的结构和功能。
例如，可以通过简并四波混频技术来研究蛋白质、核酸和药物的振动信息，从而了解其结
构和活性。
总之，简并四波混频在原子分子光谱学中具有重要的应用价值，可以提供关于分子结构、动力学和化学反应的详细信息，为化学、生物学和医学等领域的研究提供了强有力的工具。
混频器仿真实验报告
混频器仿真实验报告一．实验目的（1）加深对混频理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力；（2）掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤；（3）掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。
二．实验原理以及实验电路原理图(一).晶体管混频器电路仿真本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路，它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成，中频输出465KHz的AM波。
电路特点：（1）输入回路工作在输入信号的载波频率上，而输出回路则工作在中频频率（即LC选频回路的固有谐振频率fi）。
（2）输入信号幅度很小，在在输入信号的动态范围内，晶体管近似为线性工作。
（3）本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。
由于晶体管工作在线性时变状态，存在随U L周期变化的时变跨导g m(t)。
工作原理：输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项，用带通滤波器取出该项，即获得混频输出。
在混频器中，变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关，通常为了使混频器的变频跨导最大（进而使变频增益最大），总是将晶体管的工作点确定在：U L=50~200mV，I EQ=0.3~1mA，而且，此时对应混频器噪声系数最小。
(二).模拟乘法器混频电路模拟乘法器能够实现两个信号相乘，在其输出中会出现混频所要求的差频（ωL-ωC），然后利用滤波器取出该频率分量，即完成混频。
与晶体管混频器相比，模拟乘法器混频的优点是：输出电流频谱较纯，可以减少接收系统的干扰；允许动态范围较大的信号输入，有利于减少交调、互调干扰。
三．实验内容及记录(一).晶体管混频器电路仿真1、直流工作点分析使用仿真软件中的“直流工作点分析”，测试放大器的静态直流工作点。
注：“直流工作点分析”仿真时，要将V1去掉，否则得不到正确结果。
因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路，晶体管的基极工作点受V1影响。
混频器实验预习报告
混频器实验预习报告学号201300121126 姓名牛梦豪试验台号22（一）模拟乘法器的应用(混频)一、实验目的：1、掌握集成模拟乘法器的工作原理及其特点。
2、进一步掌握用集成模拟乘法器（MC1596/1496）实现混频的电路调整与测试方法。
二、实验仪器：低频信号发生器、高频信号发生器、频率计、稳压电源、万用表、示波器三、实验原理：1、集成模拟乘法器原理：集成模拟乘法器是继集成运算放大器后最通用的模拟集成电路之一，是一种多用途的线性集成电路。
可用作宽带、抑制载波双边带平衡调制器，不需要耦合变压器或调谐电路，还可作为高性能的SSB乘法检波器、AM调制/解调器、FM 解调器、混频器、倍频器、鉴相器等，它与放大器相结合还可以完成许多数学运算,如乘法、除法、乘方、开方等。
单片集成模拟乘法器MC1496/1596的内部电路及引脚排列如下图所示。
a）内部电路b ）引脚排列图中晶体管VT1～VT4组成双差分放大器，VT5、VT6组成单差分放大器，用以激励VT1～VT4；VT7、VT8、VT9及相应的电阻等组成多路电流源电路、VT9、VT8分别给VT5、VT6、提供0I /2的恒流电流；R 为外接电阻，可用以调节0I /2的大小。
另外，由VT5、VT6两管的发射级引出接线端2和3，外接电阻Ry ，利用Ry 的负反馈作用可以扩大输入电压2u 的动态范围。
c R 为外接负载电阻。
MC1496型模拟乘法器只适用与频率比较低的场合，一般工作在1MHZ 以下的频率。
双差分对模拟乘法器MC1496/1495的差值输出电流为：22x yy T v v i t h R V ⎛⎫≈ ⎪⎝⎭MC1496/1596广泛用于调幅及解调、混频等电路中，但应用时VT1、VT2 、VT 3、VT4 、VT5、VT6晶体管的基极均需外加偏置电压（即在8与10端、1与4端间加直流电压），方能正常工作。
通常把8、10端称为X 端Y 端，输入参考电压1v ；4、1端称为Y 输入端，输入信号电压2v 。
波分复用光网络中4波混频影响的实验研究
波分复用光网络中4波混频影响的实验研究
管爱红;张庆辉;傅洪亮
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2009(33)1
【摘要】为了抑制光纤中4波混频(FWM)效应引起的信道间非线性串扰,采用了实验的方法,对高非线性光纤中FWM效应的影响进行了研究,测量了产生FWM的效率与信道间隔以及信号强度的关系,比较了等信道间隔和非等信道间隔情况下FWM效应的影响.结果表明,FWM的效率随着信道间隔的增加而减小,随信号光功率的增加而线性增加.等信道间隔情况下,FWM效应对中间信道的影响最大,与非等信道间隔相比,FWM效应引入了1.5dB的功率代价.这些结果对有效抑制光纤中的FWM串扰是有帮助的.
【总页数】4页(P5-7,31)
【作者】管爱红;张庆辉;傅洪亮
【作者单位】河南工业大学,信息学院,郑州,450001;河南工业大学,信息学院,郑州,450001;河南工业大学,信息学院,郑州,450001
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.11
【相关文献】
1.波分复用系统中四波混频引入光信噪比的恶化及其抑制 [J], 宋健;范崇澄
2.密集波分复用系统中四波混频影响的研究 [J], 金泓;沈建华;
3.泵浦光偏振对简并四波混频信号影响的实验研究 [J], 张玲;李淑静;王海
4.基于四波混频效应的波分复用全光网络波长转换器研究的新进展 [J],
5.SBN:Cr晶体的光折变四波混频相位共轭特性实验研究 [J], 杨东升;赵建林;李振伟;许其推;张鹏
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基于光子晶体光纤四波混频光波长变换
基于光子晶体光纤四波混频的光波长变换**龚磊,尹飞飞,陈宏伟,陈明华,谢世钟(清华大学电子工程系,北京100084)摘要:研究了光子晶体光纤(PCF)中基于四波混频(FWM)的全光波长变换实现以及相应的变换效能。
使用C-L波段内具有平坦正色散特性的高非线性PCF,对基于FWM效应的光波长变换进行了理论分析,根据相应原理进行了波长变换实验系统的软件仿真,并以此为依据设计实验装置进行了实验验证。
实验结果基本符合相应的理论计算以及系统仿真,在中心波长为1540、1545以及1550 nm的频带范围内分别得到了、和dB的最高转换效率,分别对应18、17和13 nm的3dB转换带宽。
关键词:四波混频(FWM);波长变换;光子晶体光纤(PCF);转换效率; 3 dB带宽1引言从20世纪90年代中期开始,由于波分复用(WDM)方式在光传输网中明显的优越性,其发展非常迅速。
随着WDM器、光放大器和光纤等性能的不断改进,波长信道数在逐步增加。
可想而见,WDM网的带宽虽然很宽,但一根光纤中能够复用的波长数量终归是有限的,所以可用波长数将大大少于节点数目和用户数量。
但如果能够采用波长变换技术,让信号在节点上从一个波长变换到另一个波长,使同一波长在不同的区域中重复使用,这样就解决了波长争用的问题。
因此,波长变换是WDM全光通信网中非常关键的技术。
光波长变换技术总体可分为采用光-电-光和全光波长变换两种方式。
前者较成熟,但面临电子瓶颈问题,传输速率受到限制;相比之下,后者是更有前景的发展方向。
基于四波混频(FWM)原理的波长变换是目前非常有研究前景的全光波长变换技术[1],具有保留了原有信号的相位和幅度信息、信号调制速率较高(可达到40 Gbps)、对偏振敏感程度小、变换后码型不反转以及波长变换跨度较大等优点。
然而,在以往使用普通非线性光纤的试验中,变换效率低和变换信号信噪比(SNR)恶化限制了其应用。
要在光纤中产生足够强的FWM效应,需要光纤具有合理的色散特性以及高非线性,普通光纤难以达到相应的要求。
四波混频原理及其应用
四 波 混 频 原 理 及 其 应 用
郑 涛 １ 贺 海 霞 ｓ 张 琛 １ ， ２ ，
（． 北 大 学光 子 所 ，陕 西 西 安 ７０６ １西 １０９； ２ 陕 西 青 年 职 业学 院 ，陕 西 西安 ７０６ ． １０８； ３ 西 北 大 学 生 命 科学 学 院 ，陕 西 西 安 ７０６ ． １０９；
ａ ｔ ｐ ｃ ｌ ｏ ｌ ｅ ｒ ｏ ｔｃ ｌｅ ｆ ｃ ｎ ｎ ｎ ｏ ｅ ａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｒ ｔ ｅ ｆ ｕ － ｖ ｉ ｉ ｇ ｂ ｕ ｍ ｉ ｐ ｙ ｉ ａ ｎ ｉ ａ ｐ ｉ ａ ｆ ｔａ ｄ ｆ ｄｉ ｇ ｍ ｒ ｐ ｌ ｔｏ ｓ ｆ ｈ ｏ ｒ ｗａ ｅ ｍ ｘ ｎ ｙ ｓ ｍ ｎ ｎ ｅ ｉ ｃ ｏ ｎｇ ｕ ｔ ｅ ｅ ｉｔｎ ｅ ａ ｉ ｅｙ ｍａ ｕ ｅ ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｎｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｔ ｏ ｓ ｈ ｘ ｓ ｉ ｇ ｒ ｌ ｔｖ ｌ ｔ ｒ ｐ ｌ ｔｏ ｓ ａ ｅ ｅ ｈ ｍｅ ｈ ｄ ． ｃ ｒ
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实验项目：四波混频原理及特性研究
学院年级：
姓 名：
学 号：
引言
在非线性介质中的四波混频是目前普遍采用的一种重要的实现光学相位共扼的方法。
早在20世纪60年代，全息术的开拓者们如Gabor、Denisyuk、Leith和Upatnieks等就产生
了光波混频的想法。自Kogelnik于1965年提出传统的静态全息技术可通过静态不均匀介质
成像之后，全息技术的发展就与最早的光学相位共扼有关了。1971年，stepanov等人分别
提出了实时全息的设想并做了验证.他们的想法是基于两束相干光在特定的非线性材料中形
成全息图，同时由第三束光(波长可与前两束光不同)读出记录的信息，这就是四波混频的雏
形。1994年，美国亚利桑那大学的Meerllolz等研究者通过外加电场，利用光折变效应在一
种新型聚合物内获得了近100%的衍射效率，这为聚合物材料光存储的实用化展示了美好前
景, 掺偶氮染料聚合物材料是一类比较典型的光存储材料，其光存储过程主要包括光致异
构、激发态吸收等效应，目前尚未有完整同一的理论描述.本文即针对一种偶氮染料掺杂的
高分子薄膜进行了四波混频特性研究，取得了一些有意义的结果.
关键词
:
相位共扼;四波混频;非线性光学
实验原理
:
偶氮染料是一类具有光致异构特性的有机非线性光学材料，其分子结构是在两个苯环之
间以一偶氮双键(一N~N一)相连接，参见图
在通常条件下，偶氮染料的顺式异构体不稳定，分子大多数处于反式异构体状态.在共
振光作用下，反式偶氮分子吸收一个光子后跃迁到单重激发态，经过系间跃迁无辐射弛豫到
三重激发态，偶氮双键之一绕另一键旋转，这样偶氮分子就由反式结构转变成顺式结构.顺
式偶氮分子不稳定，可以通过加热或暗过程由顺式缓慢地转变成反式结构.利用染料分子的
光致异构过程可以实现光存储.
四波混频(DFWM)的结构如图1.简并是指参与作用的4束光波频率相同.当有频率为ω
的3个波E1(ω,z),E2(ω,z),E3(ω,z)(E1,E2是彼此反向传播的泵浦波,E3是探测信号光波)作
用于非线性介质时,自动满足相位匹配条件,即κ1+κ2=κ3+κ4=0,将产生与E3反向传播的
相位共轭光波E4.
在介质中相互作用的4个平面波为El=El(r)exp[-i(ωt-κlr)] (l=1,2,3,4)
如果4个光波为偏振方向相同的线偏振光,泵浦光的强度远远大于探测信号光的强度,则可以
忽略泵浦抽空效应.在这种情况下,只需考虑E3(r)和E4(r)所满足的方程即可.假设E3(r),E4(r)
沿着z轴的方向传播,相应的耦合方程为
式中是三阶非线性极化率是三阶非线性极化率,由上述方程得
其中
在作用介质的2个端面上的输出光场为
由此得出:通过非线性作用发生的反射光场E4(0)正比于入射光场E*30.因此,反射光E4(z<0)
是信号光E3(z<0)的背向相位共轭光.
实验装置
本文采用的实验装置如图所示:以波长为514.snm的偏振氩离子激光作为四波混频的入
射光源，一束氩离子光被分束片S，、s2和全反镜M1，、M2和M3。分为三束入射光I1，、
12和I3入射到薄膜样品上，I1;和I2:为两束对向传播泵浦光，I3为探测光.根据四波混频过
程的相位匹配条件，相位共扼光应沿着与探测光传播的相反方向传播，相位共扼光经过半反
镜S3反射后被光电倍增管(PMT)接收，经锁相放大器(LOCK一IN)输入计算机
(COMPUTER)，被记录成数据文件.此外用一束氦氖激光与I1共线，关闭氩离子光I1，以氩
离子光I2和I3作为全息光栅的写入光束，氦氖光作为全息光栅的读出光束，研究材料全息
(永久)光存储的性能.
实验处理
：
1．软件的使用
首先使用CCD光电探测器的应用软件。该软件在使用中我们在打开该程序后，进行数
据的记录并以.ccd的格式进行保存.在记录了所有数据之后,需要对这些.ccd格式的数据进行
转换与作图。读出.ccd文件对应光强值，存为.txt格式，制成I4随变量变化表格。利用Origion
作图软件,将作为横轴的数据输入到A(X)数据列中,将上面得到的信号光强度的积分值输入
到B(Y)列中，画图时可描点，可连线，还可以进行曲线的拟和。
2．简并四波混频（DFWM）的实验光路
实验仪器有半导体激光器一台，反射镜若干，CCD一个，微机一台及其它光学元件组
成实验光路图。
3．简并四波混频特性测量实验
1搭建光路，观察相位共轭光。打开半导体激光器，波长为473.0nm，按照所搭建光路，
使两束泵浦光共线并与探测光相交于一点。将样品置于交点处。精确调光路使各个光束等高，
直到观察到相位共轭光。
2探测信号光功率不变,利用减光板改变泵浦光的强度,同时用CCD光探测器记录相位
共轭光强度，用计算机采集此信号，利用软件，绘制出相位共轭光强度随泵浦光强度的变化
曲线。
3在泵浦光强不变的情况下，改变I1和I3之间的夹角A度数（在0度到110度之间变
化，同时记录相位共轭光强度。绘制相位共轭光强度随探测信号光与泵浦光夹角的变化曲线。
4当激励泵浦光功率不变时，利用偏振片改变探测信号光的偏振方向，同时记录相位共
轭光强度。绘制相位共轭光强度随探测信号光偏振方向的变化曲线。
5保持探测光的强度不变，改变泵浦光的强度，同时用CCD光探测器记录相位共轭光
强度，用计算机采集此信号，记录相位共轭光I4的平方与探测光I3平方的比值与泵浦光强
度变化的关系。
实验数据作图及分析
：
（1）
这是相位共轭光生长曲线，由图可以看出，随着时间的增长，共轭光光强逐渐变大。
（2）
如图所示，当泵浦光的强度I2的强度增强时，相位共轭光的强度也随之增强，
（3）
当激励泵浦光功率不变的情况下，改变探测光与泵浦光夹角，在小于4度时，由于干
扰增强，信号逐渐被背景光淹没，大于3度时耦合作用逐渐减弱，信号增强。共轭光功率随
探测光与泵浦光家教增大而增强。到11度左右时出现峰值然后减弱。到24度之后峰值几乎
不会改变。
(4)
在泵浦光功率不变时，随着偏振角度B的增加，探测光的耦合作用增加，使相位共轭
光持续增强。
(5)
如图所示，随着泵浦光的增强，反射率先增大然后有一段减小的过程。
参考文献：
〔
1〕蒋述卓《素质教育与高校教学计划课程设置的深化改革》,中国大学教学, 2003 年第
5 期
〔2〕高占先《实行开放式实验教学培养创新型人才》,中国大学教学,2001 年 2 月。
〔3〕吕斯骅等《全面改革物理实验教学体与内容，培养有坚实基础的创新人才》.大学物理，
（2003）22 期。