22.5.4. Фазовое сопряжение
Обсудим ситуацию, когда на нелинейную среду справа падает сигнальная волна в когерентном состоянии 
(рис. 22.13), а слева — холостая волна, находящаяся в вакуумном состоянии. Тогда, как видно из (22.5.9), существует покидающая среду обратная волна со средним значением амплитуды 
которая похожа на отраженную сигнальную волну. Пологая 
в (22.5.9), мы сразу видим, что средняя амплитуда волны, выходящей направо, задается выражением
и что она пропорциональна а не 
как должно быть для отраженной от обычного зеркала. Говорят, что это необычное зеркало является фазово-сопряженным, и это явление известно как фазовое сопряжение. На рис. 22.15 показана схема эксперимента (Boyd, Habashy, Jacobs, Mandel, Nieto-Vesperinas, Tompkin and Wolf, 1987), демонстрирующего основное различие между фазово-сопряженным зеркалом, подобным тому, что создается четырехволновым смешением в нелинейной среде, и обычным металлическим зеркалом. Нелинейная среда накачивается распространяющимися навстречу друг другу волнами и 
зондируется падающей волной 
Все три волны, как показано на рисунке, получают делением света аргонового ионного лазера, осциллирующего на длине волны 
Волна 
отраженная от фазово-сопряженного зеркала, интерферирует с падающей волной в интерферометре типа Майкельсона. Интерференционная картина зондируется фотодетектором, по мере того, как переменные фазовые сдвиги в вносятся контролируемой давлением стеклянной ячейкой, помещенной на одну из пяти различных позиций 
Некоторые результаты измерений показаны на рис. 22.16.
При наличии ячейки в положение А, фаза падающей волны увеличивается с ростом 
, а фаза отраженной волны уменьшается при увеличении в, как и следует из (22.5.18), так что разность фаз растет линейно с 
. В противоположность этому, разность фаз является постоянной, когда фазово-сопряженное
Рис. 22.15. Схема эксперимента, иллюстрирующего фазовое сопряжение. Прерывистые линии показывают положения подвижной воздушной ячейки. (Воспроизведено из Boyd, Habashy, Jacobs, Mandel, Nieto-Vesperinas, Tompkin and Wolf, 1987)
Рис. 22.16. Зависимость измеренного смещения интерференционных полос от фазового сдвига, вводимого воздушной кюветой на рис. 22.15: а — в положении А; б - в положении В. (Воспроизведено из Boyd, Habashy, Jacobs, Mandel, Nieto-Vesperinas, Tompkin and Wolf, 1987)
Рис. 22.17. Иллюстрация возможности фазово-сопряженного зеркала исправлять аберрацию: а — фотография падающего лазерного луча; 
искаженное изображение, происходящее в результате прохождения луча через травленую стеклянную пластину; в — восстановленное изображение того же самого луча после фазово-сопряженного отражения и второго прохода пластины. (Воспроизведено из Giuliano, 1981; см. также Jain and Lind, 1983)
зеркало (PCM) заменяется обычным зеркалом. Если ячейка помещена в позицию то отраженная волна тоже проходит через а фазовый сдвиг, вносимый фазово-сопряженным зеркалом точно компенсируется для любого фазового сдвига, вводимого в падающую волну. Результатом является сокращение фазовых сдвигов, и интерференционная картина не зависит от в. В противоположном случае, с обычным металлическим зеркалом, фазовые сдвиги, претерпеваемые падающей и отраженной волнами, складываются и интерференционная картина показывает обычную линейную зависимость от в.
Способность фазово-сопряженного зеркала компенсировать фазовые сдвиги, испытываемые падающей волной, открывает интересные возможности для компенсирования искажения волнового фронта при
рассеянии или для компенсирования искажения фазовых аберраций систем, формирующих изображение (см., например, Giulliano, 1981; Agarwal, Friberg and Wolf, 1982, 1983). В качестве примера такого применения на рис. 22.17 показано изображение, формируемое светом, вышедшим из деформированной стеклянной пластины, отраженным фазово-сопряженным зеркалом и вновь прошедшим через пластину в обратном направлении. Видно, что фазовое искажение было нейтрализовано двойным прохождением в следствие обращения фазы при отражении.
