輻射形極化光學超晶格非線性光學性質研究

《輻射形極化光學超晶格非線性光學性質研究》是依託南京理工大學，由李紅霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：輻射形極化光學超晶格非線性光學性質研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李紅霞
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

光學超晶格利用非線性係數的周期性調製來補償入射波與參量波之間的相位失配，使得各種非線性光學過程能夠準相位匹配。近年來周期、準周期和環形極化等二維光學超晶格即非線性光子晶體因其所蘊涵的豐富的物理內容和在雷射頻率轉換、實現光放大等各種光學過程中的重要套用而倍受科研人員的關注。本項目擬將準相位匹配研究擴展至輻射狀極化的光學超晶格，其具有X向和Y向周期連續變化及倒格矢連續分布的特點，為上述研究方案的實施提供一種新的優異的方法。本項目重點通過對其橫向非線性參量過程的研究，探討所產生的空心環狀光束能夠實現原子操控的可能性；研究雷射縱向入射情況下參量上轉換過程和參量下轉換再級聯上轉換過程，以產生寬頻輸出的可見光並獲得高效的準白光輸出；利用三波耦合波方程得到上述非共線方程的解，並進行數值模擬；研究其中的光參量產生、差頻、光放大等過程以及級聯過程，討論不同極化周期和不同的非共線情況對頻寬的影響。

結題摘要

項目結題摘要如下所述： 近年來超級非線性光子晶體的研究引起了人們廣泛的興趣。超級非線性光子晶體是相對於傳統的二維對稱結構的光子晶體來說的，後者具有布拉法格子結構。超級非線性光子晶體的結構為環狀和輻射狀等。 隨著雷射技術的飛速發展和雷射套用領域的拓展，具有特殊光強分布的雷射束套用越來越廣泛，例如利用光學全息和中空光纖等方法產生的錐狀光束可用於對原子和生物分子等的囚禁與操控、原子印刷和原子干涉測量等。研究發現當飛秒雷射沿著晶體光軸入射到非線性光子晶體上時，將會產生非線性布拉格衍射和契倫克夫輻射，形成環狀空心圓環。我們在非線性光子晶體的製備、性能表征、產生錐狀光束的機理及套用等方面開展了一系列研究，並取得了有意義的成果。 當單一波長的基波光沿著輻射狀極化的非線性光子晶體c軸入射時，可在觀察屏上觀察到單一錐狀圓環或者同時出現兩個或三個錐狀圓環，它們分別對應著基波光的契倫科夫二倍頻輻射和級聯和頻輻射。當兩束不同波長基波光同時入射到非線性光子晶體上時，可同時觀察到多個不同顏色、不同半徑的同圓心錐狀光束。這些錐狀光束由兩個基波光的級聯和頻契倫科夫輻射產生，並且對應著兩種不同的相位匹配方式，這兩種不同的相位匹配方式具有不同的錐狀圓環光束錐角，實驗證明它們分別對應不同的級聯二階非線性契倫科夫輻射相位匹配方式。這些錐狀光束可以在非常寬的入射基波光頻率範圍內調諧。契倫科夫輻射的出射角度強烈依賴於基波光波長。實驗結果與理論計算結果很完美地相匹配。 使用光學衍射的方法可以定量化地研究二維六角形極化的鉭酸鋰光學超晶格的微結構。我們提出了一種可以確定光學超晶格的重要參數如周期、占空比和光學平整度等的衍射模型。這些參數對非線性光子晶體的性能影響非常大。模型計算結果與實驗直接測量數值較好地符合。結果表明這是一種簡便、無損和定量化地探測二維周期性極化的光學超晶格的方法。 我們還研究了無機鹽納米線、納米盤和納米多級結構的基於納米顆粒自組織生長的晶體生長機制，實驗上直接證實了這種晶體生長模式的存在。