准相位匹配

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:13:51 #物理学,非线性光学

准相位匹配(Quasi-phase-matching)是非线性光学频率转换的一种重要技术,其思想最早由J. Armstrong等人 {\displaystyle ^{}} .)制作出准周期极化光学超晶格,并用首次利用单束光单块晶体实现了三倍频绿光的产生;1999年,N. Broderick等人制作出第一个二维非线性光子晶体(英语:Nonlinear photonic crystal),并验证了非线性布拉格衍射。现在,非线性光子晶体中的准相位匹配技术已广泛应用于二次,三次和高次谐波的产生,波长转换,参量转换等过程。

非线性过程通过非线性系数实现耦合。除能量守恒,非线性耦合还要求动量守恒,即相位匹配,当相位匹配时,可以获得很高的转换效率,反之,非线性过程就很弱。通常可以采用角度匹配,温度匹配,准相位匹配等方法实现相位匹配。但前二者对光波的传播方向和偏振态要明确要求,一般也不能利用到晶体较大的非线性系数,同时对于不同波长的匹配也很困难,多个非线性过程同时实现更是困难。而准相位匹配则能较好解决这些问题。可以通过一个三波耦合说明准相位匹配原理。考虑一个三波( ω 1 {\displaystyle \mathbf {\omega } _{1}} , 为整数。可以看到,准相位匹配结构可以提供多个倒格矢,这样可以需要选择和合适的倒格矢,从而实现相位匹配。例如选择合适的 G m , n {\displaystyle \mathbf {G} _{m,n}} ,可以得到 k 3 k 2 k 1 + G m , n = 0 {\displaystyle \mathbf {k} _{3}-\mathbf {k} _{2}-\mathbf {k} _{1}+\mathbf {G} _{m,n}=0} ,即相位匹配,从而获得高效率的非线性频率转换。

一维

1. 综述文章 Y.Y. Zhu and N.B. Ming, "Dielectric superlattices for nonlinear optical effects ",Optical and Quantum Electronics,31,1093-1128,(1999),doi:10.1023/A:1006932103769.

2.准周期结构

S. N. Zhu, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, “Quasi-phase-matched third-harmonic generation in a quasi-periodic optical superlattice,” Science 278, 843–846 (1997). doi: 10.1126/science.278.5339.843

K. F. Kashi and A. Arie, “Multiple-wavelength quasi-phase-matched nonlinear interactions,” IEEE J. Quantum Electron. 35, 1649–1655 (1999). doi:10.1109/3.798088

3.非周期结构 B. Y. Gu, B. Z. Dong, Y. Zhang, and G. Z. Yang, “Enhanced harmonic generation in aperiodic optical superlattices,” Appl. Phys. Lett. 75, 2175-2177 (1999).doi:10.1063/1.124956

4.非周期结构 H. Liu, Y. Y. Zhu, S. N. Zhu, C. Zhang, and N. B. Ming, “Aperiodic optical superlattices engineered for optical frequency conversion,” Appl. Phys. Lett. 79, 728-730 (2001)doi:10.1063/1.1381569

5. 非周期结构 T. Kartaloğlu, Z. Gürkan Figen, and O. Aytür, “Simultaneous phase matching of optical parametric oscillation and second-harmonic generation in aperiodically poled lithium niobate,” J. Opt. Soc. Am. B 20, 343-350 (2003)doi:10.1364/JOSAB.20.000343

6.啁啾结构 K. L. Baker, “Single-pass gain in a chirped quasi-phase-matched optical parametric oscillator,” Appl. Phys. Lett. 82, 3841-3843 (2003). doi:10.1063/1.1579848

二维

1. 综述文章 A. Arie, A. Bahabad and N. Habshoosh, “Nonlinear interactions in periodic and quasi-periodic nonlinear photonic crystals,” in Ferroelectric Crystals for Photonic Applications (eds. P. Ferraro, S. Grilli and P. De Natale ) ch.10,259-294 (Springer Verlag, 2008).doi:10.1007/978-3-540-77965-0

2.第一块二维非线性光子晶体 N. G. R. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, “Hexagonally poled lithium niobate: a two-dimensional nonlinear photonic crystal,” Phys. Rev. Lett. 84, 4345–4348 (2000).doi: 10.1103/PhysRevLett.84.4345

1.^ J.A. Armstrong, N. Bloembergen, J. Ducuing, P.S. Pershan (1962). "Interaction between light waves in a nonlinear dielectric". Physical Review 127: 1918. doi:10.1103/PhysRev.127.1918.

2.^ V. Berger (1998). "Nonlinear photonic crystals". Physical Review Letters 81: 4136. doi:10.1103/PhysRevLett.81.4136.

相关

  • 无线电无线电,又称无线电波、射频电波、电波,或射频,是指在自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波,在电磁波谱上,其波长长于红外线光(IR)。频率范围为300 GHz以下 ,其对应的波长范围为1毫米
  • 食品辐照食品辐照(Food irradiation),亦称“食品照射”或“电离辐射灭菌”,指将食物暴露在游离辐射(ionizing radiation)下。此过程可以灭除食物上的微生物、细菌、病毒或微小虫类。其他的
  • 茶黄素茶黄素(英语:Theaflavin)是存在于红茶中的一种金黄色色素,为茶叶发酵的产物。在生物化学上,茶黄素是一类多酚羟基具茶骈酚酮结构的物质。因红茶加工烘焙的方法不同,茶黄素的比例可
  • Rotavirus轮状病毒(Rotavirus,简称RV)是一种双链核糖核酸病毒,属于呼肠孤病毒科。它是引起婴幼儿腹泻的最常见原因,几乎世界上小孩在大约五岁时都曾感染过轮状病毒至少一次。然而,每一次感
  • 西方基督教西方基督教(英语:Western Christianity)泛指包括拉丁礼天主教会、普世圣公宗和新教在内的各种形态的基督教宗派,通常都可以追溯到中世纪时罗马天主教。西方基督教是相对东方基督
  • 血钻血钻(也称冲突钻石、战争钻石或血钻石)是一种在战争区域开采并销往市场的钻石。依照联合国的定义,假如反政府组织出产钻石,而利润被用于推翻该政府,那些钻石就会被称为血钻。血钻
  • 辛酉邪狱辛酉迫害(朝鲜语:신유박해/辛酉迫害 Sinyu Bakhae ?),旧称辛酉邪狱(朝鲜语:신유사옥/辛酉邪獄 Sinyu Saok ?),是发生在1801年,朝鲜纯祖时期政府迫害天主教的事件。是朝鲜半岛史上首
  • 菲利普斯县菲利普斯县(Phillips County, Colorado)是美国科罗拉多州东北部的一个县,东邻内布拉斯加州。面积1,781平方公里。根据美国2000年人口普查,共有人口4,480人。县治霍利奥克 (Holyo
  • 禁区禁区(英文:Restricted Area),是指一个“未经许可不允许进入”的特殊地区或者区域,也可以说受邀请的、指定人士才可进人该区。禁区有多种,例如机场禁区、边境禁区、休战区、禁渔区
  • 普朗克温度普朗克温度,以德国物理学家马克斯·普朗克命名,是温度的单位,简记为 T P {\displaystyle