高维非线性光子晶体中的二次谐波光场调控

论文摘要

非线性光子晶体具有空间周期分布的二阶非线性系数,被广泛应用于光频转换、非线性成像、非线性波前调制和非线性轨道角动量的转换。其中,铌酸锂晶体以其优异的光学性能,成为制备非线性光子晶体结构最常用的材料之一。一维和二维非线性光子晶体通常可以用电场极化、晶体生长、探针极化等方法来制备。困扰非线性光学领域多年的三维非线性光子晶体制备问题,也在2018年通过飞秒激光加工的方法解决。本论文主要研究二维和三维非线性光子晶体中的二次谐波光场调控,内容主要分为以下两个部分:（1）在铌酸锂晶体中,通过设计具有超晶胞结构的非线性叉形光栅来实现二次谐波光子轨道角动量光束的可控产生。利用电极化的方法加工铌酸锂晶体产生二元相位非线性光栅,其正畴和负畴产生的二次谐波具有π的相位差。通过改变超晶胞结构,可以重构傅里叶谱,从而实现对非线性衍射图样的控制。实验演示了超晶胞结构非线性叉形光栅可以将能量集中在±3阶衍射级次,对应的二次谐波光子轨道角动量光束分别携带拓扑电荷+3和-3;也可以将能量平均分布在前7个衍射级次。（2）利用飞秒激光直接刻写技术在铌酸锂晶体中制备了三维非线性光子晶体结构。通过计算机控制聚焦激光束在三维空间内直写,定点擦除铌酸锂晶体中部分区域的铁电畴,实现了二阶非线性系数的三维调制。这一方案不再局限于传统技术力图实现相邻畴的极化反向,而是利用激光光束擦除或减小非线性系数的振幅,成功实现了三维非线性光子晶体的制备,并验证了三维准相位匹配功能。在非共线匹配下,随着入射基波波长的减小,二次谐波的出射角增大,说明更高阶的倒格矢被用来弥补相位失配。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 非线性光子晶体
•     1.1.1 非线性光学效应
•     1.1.2 非线性光子晶体的发展
•     1.1.3 非线性光子晶体的应用
•   1.2 准相位匹配
•     1.2.1 相位匹配条件
•     1.2.2 准相位匹配的原理
•   1.3 非线性光子晶体中光子轨道角动量的产生
•     1.3.1 光子轨道角动量的提出与产生方式
•     1.3.2 光子轨道角动量的应用
•   1.4 小结
• 第二章 二维非线性光子晶体中光子轨道角动量光束的可控非线性产生
•   2.1 二维非线性光子晶体的制备
•     2.1.1 非线性超晶胞光栅的设计
•     2.1.2 电极化加工结构
•   2.2 可控二次谐波的产生
•     2.2.1 二次谐波波前调制的原理
•     2.2.2 实验光路
•     2.2.3 实验结果分析
•   2.3 小结
• 第三章 三维非线性光子晶体中准相位匹配倍频
•   3.1 三维非线性光子晶体的制备
•     3.1.1 飞秒直写加工样品
•     3.1.2 样品表征
•     3.1.3 参数优化
•   3.2 准相位匹配的实验验证
•     3.2.1 实验装置
•     3.2.2 非共线匹配的二次谐波产生
•     3.2.3 共线匹配的二次谐波产生
•   3.3 小结
• 第四章 总结与展望
• 硕士期间学术成果
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王慧君

导师: 张勇,张涵

关键词: 非线性光子晶体,铌酸锂晶体,二次谐波的产生,准相位匹配

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 南京大学

分类号: O734

总页数: 73

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