非線性自成像效應及其調控研究

《非線性自成像效應及其調控研究》是依託南京大學，由張勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非線性自成像效應及其調控研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張勇
• 依託單位：南京大學

項目摘要

Talbot效應,又叫自成像效應,是指光照射到一個具有周期結構的物體時會在後面有限距離處出現物體自身的像。這是一種近場無透鏡成像技術。Talbot 效應在實踐中已經被廣泛地套用於光刻、光學精密測量、光開關等眾多領域。在基礎研究中，這一概念也被拓展到了量子光學、波色-愛因斯坦凝聚等領域。申請人在國際上率先把非線性光學引入進來,在具有周期非線性係數分布的非線性光子晶體中實現了二次諧波Talbot效應，在成像質量方面有較大的提高。在前期研究基礎上，本項目將研究非線性光子晶體和非線性光波導陣列這兩個材料體系中的非線性Talbot效應，利用微結構材料設計、電光效應等手段實現對非線性Talbot效應的人工調控，同時探討基於雙光柵Talbot干涉儀的微結構成像技術。通過本課題的研究，可進一步開拓非線性Talbot效應在成像、無損探測、光陣列、光通訊、光計算等領域的套用。

結題摘要

本項目主要研究非線性自成像效應及其調控研究。計畫執行期間，基本按申請書中所列的研究內容開展,並且根據目前國內外的研究發展狀況以及項目中的新發現進行了很多拓展性研究。（1）在周期極化晶體中系統地研究了非線性自成像效應，包括正負疇產生的不同相位的二次諧波自成像及其疊加，利用準相位匹配技術大大提高了自成像的成像質量，利用聲光效應調製非線性自成像效應等。我們在這方面的工作受到OSA的綜述期刊Advances in Optics and Photonics的關注，主編Bahaa E. A. Saleh邀請我們寫了一篇關於Talbot自成像效應的綜述，已經發表；（2）利用非線性光學方法在周期極化晶體中實現超聚焦。我們在非線性Talbot效應的研究中發現了超聚焦效應，其本質是基於干涉衍射的效應。原理可以看作是兩種理論的疊加：a. 周期極化晶體中正疇和負疇產生的二次諧波有pi的相位差，會造成二次諧波之間的相消干涉，最終產生突破衍射極限的聚焦點。這種原理類似於子衍射理論；b. 在倍頻過程中，相位匹配的要求使得產生的二次諧波自動有頻寬限制，這滿足了超振子效應。以上兩種效應的疊加最終在非線性自成像中形成了突破衍射極限的聚焦點；（3）在光子軌道角動量光束的非線性光學轉換方面進行了拓展研究，包括在兩維周期極化晶體中實現了光子軌道角動量的複製，在準周期極化晶體中實現了渦旋光束的級聯三倍頻，在金屬納米孔陣中實現了plasmon增強的渦旋光束倍頻等。項目執行期間，在Adv. Opt. Photon.，Phys. Rev. B，Appl. Phys. Lett.，Opt. Lett.，Opt. Express，Sci. Rep.等SCI期刊發表與項目有關的SCI論文13篇。