多偏振模式耦合的級聯非線性光學效應研究

《多偏振模式耦合的級聯非線性光學效應研究》是依託南京大學，由秦亦強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多偏振模式耦合的級聯非線性光學效應研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：秦亦強
• 依託單位：南京大學

項目摘要

傳統的多重準位相匹配技術研究級聯e+e=e二階非線性過程的耦合物理特性。本項目擬在傳統多重準位相匹配理論的基礎上研究多偏振模式耦合的級聯二階非線性光學過程和物理特性；重點研究這些耦合過程所滿足的耦合方程及其理論體系；研究偏振耦合物理特性對非線性參量過程中動力學演化過程的影響。探索局域準位相匹配理論在偏振耦合系統中的套用。初步研究表明：不同偏振光波之間的二階非線性過程包括四-六種可能的組合，兩個或者兩個以上偏振耦合的級聯過程將會產生多種複雜的耦合模式和耦合特性。通過本項目的研究，建立包含所有耦合模式的多重準位相匹配的統一理論體系，研究偏振耦合系統中新的物理現象和特性，在實驗上驗證理論預言和發現。該理論體系和研究結果不僅有助於非線性光學參量過程中偏振特性和準位相匹配帶隙等基礎研究，也有望對新型全固態雷射技術的發展產生重要指導意義，必將開拓人工微結構材料和準位相匹配研究的新領域。

結題摘要

傳統的多重準位相匹配技術研究級聯e+e=e二階非線性過程的耦合物理特性，然而，很多優良的非線性光學晶體還具有除d33以外其他較大的二階非線性係數張量元；此外，還有一些晶體材料，其最大的二階非線性係數張量元並不是d33。在這種背景下，不同偏振光參與的多重準位相匹配參量過程，以及這些參量過程之間耦合效應的研究就顯得非常有意義。本項目在傳統多重準位相匹配理論的基礎上研究了多個不同類型參量過程耦合的新型耦合過程，重點研究了這種新型耦合過程的偏振耦合模式及其滿足的耦合方程。本項目取得的重要研究成果包括：以鈮酸鋰晶體為例，研究了各種類型的準位相匹配倍頻，和頻與多重準位相匹配三倍頻，在此基礎上討論了偏振耦合多重準位相匹配三倍頻過程，並具體研究了其耦合性質；提出了多重準位相匹配三倍頻的系統理論，將24種具體的耦合方式歸納為三大類型，並系統研究了這三大類型的耦合性質，發現和預言了多種新穎物理現象；根據局域準位相匹配理論，設計了可以實現對兩個獨立點聚焦倍頻過程提供相位匹配的二維光學超晶格結構，並在實驗中觀測到一種具有偏振敏感性的雙聚焦二次諧波產生；這種雙聚焦過程同時利用了不同的偏振耦合作用及不同類型的非線性過程，在兩個不同方向實現了聚焦的二次諧波輸出。通過對基波偏振方向的調節，可實現對兩個方向倍頻輸出強度的大幅度調節。本項目取得的研究成果，對非線性光學參量過程中偏振特性和準位相匹配帶隙等基礎研究有重要意義；也將會對新型全固態雷射技術的發展產生重要影響。