光学超晶格中的严格准相位匹配理论与非线性求逆问题研究
批准号:
11874214
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
张超
依托单位:
学科分类:
A2203.光场调控与非线性光学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
洪煦昊、陆蓉儿、赵瑞智、孙光厚、张磊、谭骏
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中文摘要
光学超晶格是一种具有人工微结构的非线性光学材料。通过设计适当的超晶格结构,可以满足相应的准相位匹配(QPM)条件从而提升非线性光学过程的转换效率。传统的QPM理论主要基于倒格矢动量补偿原理,在推导相位匹配条件时通常未考虑基波衰减的影响,因此某种意义上可视作一种小信号近似下的相位匹配理论。本项目中,我们拟对光学超晶格中的相位匹配问题进行更为深入的研究。在考虑基波衰减的情况下,从基本方程出发研究相应的准相位匹配条件,将传统基于“小信号”的QPM理论发展为“大信号”下的严格准相位匹配(RQPM)理论,并通过将平面波角谱方法引入到非线性谐波转换过程,进一步完善RQPM理论并拓展其适用范围,探索可能出现的新物理效应。我们希望通过本项目的研究彻底解决光学超晶格结构设计的非线性“求逆”问题,实现针对复杂非线性光学过程的超晶格结构按需设计。
英文摘要
The optical superlattice (OSL) is a kind of nonlinear optical material with artificial microstructures. In optical superlattices, the nonlinear conversion efficiency can be greatly enhanced when the corresponding quasi-phase-matching (QPM) condition is satisfied. However, the pump-depletion effect of the fundamental wave is usually not counted in the traditional QPM theory, thus it can be considered as a theory under the so-called small-signal approximation. In this project, the phase-matching problem in optical superlattices will be treated more carefully. The rigorous QPM condition without small-signal approximation is deduced directly from the nonlinear coupled equations, and a rigorous quasi-phase-matching (RQPM) method can be developed accordingly. With the help of the angular spectrum theory, the RQPM method can be further improved to deal with complicated problems in different research fields. Finally, we hope the nonlinear "inverse problem" of OSL design can be solved with the RQPM method, and a general on-demand OSL designing theory for complicated nonlinear optical processes can be developed.
在本项目中,我们对光学超晶格严格准相位匹配(RQPM)理论进行了发展和完善,探索其中可能出现的新物理效应。我们对非线性谐波转换过程的能流方向的决定因素进行了细致的研究,基于相对相对角的概念进一步完善了RQPM理论。对拉盖尔-高斯(LG)光束倍频过程中的相位匹配问题进行了理论探索,将RQPM思想应用于LG光束的非线性过程中,指出利用渐变周期超晶格结构可对LG光束实现理想的相位匹配,并对指定模式进行模式提纯。对多匹配点情况下的局域相位匹配过程进行理论研究,指出通过引入适当耦合相位项可显著降低邻近匹配点之间的干扰效应,改善匹配效果。提出一种基于多次迭代的光学超晶格结构设计和优化方法,利用该方法可以较好地解决非线性成像过程中的超晶格结构求逆问题。通过将光子晶体结构和传统的反射相位匹配原理相结合, 提出一种新型相位匹配方法,可有效增加非线性过程的有效作用长度,提升转换效率。对光学超晶格设计中的结构编码问题进行了研究,提出一种新型准多值化编码方法,有助于提升非线性成像质量。将深度学习技术应用于光通讯领域,提出一种针对多模LG光束的模式识别方法。此外,我们还对非线性过程中的倍频光场拓扑相变问题进行了理论研究,揭示了倍频光场中的拓扑不变量与超晶格结构之间的联系。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1364/oe.412145
发表时间:2020-12
期刊:Optics express
影响因子:3.8
作者:Ruizhi Zhao;Yaguang Xu;Ronger Lu;Yongchuang Chen;Ji Zou;Xuhao Hong;Xudong Yuan;Yibin Ma;Xia Feng;Chao Zhang;Yiqiang Qin;Yongyuan Zhu
通讯作者:Ruizhi Zhao;Yaguang Xu;Ronger Lu;Yongchuang Chen;Ji Zou;Xuhao Hong;Xudong Yuan;Yibin Ma;Xia Feng;Chao Zhang;Yiqiang Qin;Yongyuan Zhu
Dual-Output Mode Analysis of Multimode Laguerre-Gaussian Beams via Deep Learning
通过深度学习对多模拉盖尔高斯光束进行双输出模态分析
DOI:10.3390/opt2020009
发表时间:2021
期刊:Optics
影响因子:--
作者:Xudong Yuan;Yaguang Xu;Ruizhi Zhao;Xuhao Hong;Ronger Lu;Xia Feng;Yongchuang Chen;Jincheng Zou;Chao Zhang;Yiqiang Qin;Yongyuan Zhu
通讯作者:Yongyuan Zhu
DOI:10.7498/aps.69.20191340
发表时间:2020
期刊:物理学报
影响因子:--
作者:杨哲宁;乐阳阳;洪煦昊;赵瑞智;陆蓉儿;冯霞;许亚光;袁旭东;张超;秦亦强;朱永元
通讯作者:朱永元
Conversion and manipulation of radial quantum modes in second-harmonic-generation processes
二次谐波产生过程中径向量子模式的转换和操纵
DOI:10.1103/physreva.101.023834
发表时间:2020-02
期刊:Physical Review A
影响因子:2.9
作者:Zhao Rui-Zhi;Lu Rong-Er;Hong Xu-Hao;Feng Xia;Xu Ya-Guang;Yuan Xu-Dong;Zhang Chao;Qin Yi-Qiang;Zhu Yong-Yuan
通讯作者:Zhu Yong-Yuan
DOI:10.1364/oe.382818
发表时间:2020
期刊:Optics Express
影响因子:3.8
作者:Zhang Wang;Tang Jie;Ming Yang;Zhang Chao;Lu Yanqing
通讯作者:Lu Yanqing
轨道角动量光束倍频过程中的新型准相位匹配机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2022
- 负责人:张超
- 依托单位:
Airy光束等非平面波束的非线性光学性质研究
- 批准号:11274163
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:张超
- 依托单位:
基于局域相位匹配理论的光学超晶格新物理、新效应的研究
- 批准号:11074120
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:张超
- 依托单位:
基于高斯光束互作用的准相位匹配技术及相关动力学效应研究
- 批准号:10874082
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:35.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:张超
- 依托单位:
非线性光学超晶格的结构优化设计及理论最优结构的探索
- 批准号:10504013
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:张超
- 依托单位:
国内基金
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