CONIUGAZIONE DI FASE
Un raggio luminoso monocromatico può essere descritto con notazione esponenziale complessa
come:
E(x, y, z, t ) A(x, y) e jkz x ,y t e jkz x ,y t
.
(1)
Questa espressione rappresenta il campo (elettrico) associato a un'onda luminosa monocromatica
che si propaga essenzialmente nella direzione dell'asse z con lunghezza d'onda = 2/k e un profilo
di ampiezza trasversa dato dalla funzione reale A(x,y). Il fattore di fase (x,y) indica come l'onda si
discosta da un'ideale onda piana. In particolare esso porta tutte le informazioni sulle aberrazioni
dell'onda.
Se il raggio rappresentato dall'eq.1 colpisce un particolare dispositivo detto specchio a coniugio di
fase (PCM), esso viene riflesso come onda coniugata, cioè un'onda Ec espressa da
E c ( x, y, z, t ) A( x, y) e jkz x ,y t e jkz x ,y t
(2)
in cui è cambiato il segno negli esponenziali delle parti dipendenti dalle coordinate spaziali.
La (2) può essere riscritta come
E c ( x, y, z, t ) A( x, y) e jkz x ,y t e jkz x ,y t
(3)
che, confrontata con la (1), mostra che Ec si propaga in direzione opposta ad E con aberrazione -
(x,y). Questo significa che se ad esempio l'onda originaria divergeva allontanandosi dalla sorgente,
l'onda coniugata converge nella sorgente. Questa situazione è mostrata nella fig. 1, in cui per
confronto è riportato il comportamento di uno specchio ordinario.
Specchio piano
PCM
Fig. 1 Riflessione da parte di uno specchio ordinario e riflessione operata da un PCM.
Osserviamo che se sostituissimo la variabile temporale t con -t nell'equazione (1) otterremmo
l'espressione riportata nell'eq.(2). Per questo motivo si dice che la coniugazione di fase equivale al
rovesciamento temporale di un raggio incidente.
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L'esempio mostrato nella fig. precedente è un caso particolare della capacità di compensare le
aberrazioni di uno specchio a coniugio di fase. Per descrivere un caso più generale, riguardante un
sistema laser, supponiamo che un oscillatore laser produca un uscita con un fronte d'onda piano
uniforme, successivamente distorto o deviato da un amplificatore in un qualche modo arbitrario.
Uno specchio ordinario inverte semplicemente la distorsione quando riflette l'impulso, mantenendo
la distorsione fissa rispetto alla direzione di propagazione. Un secondo passaggio attraverso
l'amplificatore raddoppia la distorsione. Uno specchio a coniugio di fase rovescia il fronte d'onda
rispetto alla direzione di propagazione. Quindi la stessa regione dell'amplificatore che produceva la
distorsione, la cancella durante il secondo passaggio. Questo succede con ogni mezzo distorcente
reciproco (che introduce una distorsione indipendente dalla direzione di propagazione.
Specchi a coniugio di fase sono stati ottenuti usando materiali in tutti gli stati della materia e
sfruttando numerosi fenomeni dell'ottica non lineare (miscelazione a tre e a quattro onde, diffusione
Brillouin stimolata, diffusione Raman stimolata, ecc.).Da un punto di vista operativo gli specchi a
coniugio di fase possono essere divisi in due classi: quelli che richiedono raggi laser aggiuntivi oltre
al raggio di cui si vuole ottenere il raggio coniugato in fase e i coniugatori autostimolati, che non
richiedono raggi aggiuntivi. Fa parte di questa categoria un dispositivo costituito da una cella
contenente metano pressurizzato, che presenta riflettività superiori all'80% alla lunghezza d'onda di
1,06 m.
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