非线性光学过程中轨道角动量调控和匹配特性的研究

According to the quantum theory of light, in addition to the spin angular momentum, the optical wave has the orbital angular momentum. This project, based on the nonlinear quasi-phase-matching theory (including multiple quasi-phase-matching theory), the nonlinear Huygens Fresnel principle and nonlinear Fresnel volume holographic theory, will study nonlinear optical process carrying orbital angular momentum and the interactions of fundamental and parametric waves in the modulated ferroelectrics and metal microstructure materials. A general theory for nonlinear quasi-phase-matching and design theory will be set up and developed, The effects of orbital angular momentum in nonlinear optical process, the influence to the traditional quasi-phase-matching theory and the nonlinear process of modulation phase and orbital angular momentum propagation characteristics will be investigated. These theories and the designed systems are used not only for the vortex beam with a phase factor azimuth related, but also applied to the general beam with the other forms of orbital angular momentum. It is expected that our project could achieve the controlling of frequency, wave vector, polarization, phase (energy, momentum, angular momentum and orbital angular momentum) in multiple degrees of freedom, and develop nonlinear optics and condensed matter physics research in new areas.

根据光的量子理论，光波除了有自旋角动量外，还存在独立于自旋角动量的轨道角动量。本项目拟在非线性准位相匹配理论（包括多重准位相匹配理论），非线性惠更斯菲涅尔原理和非线性菲涅尔体积全息理论相结合的基础上，在人工调制铁电踌和金属微结构材料中，以携带轨道角动量的基波和参量光相互作用的非线性光学过程作为研究对象，发展一套可用于非线性相位/准相位匹配的一般理论和设计原理，研究轨道角动量在非线性光学过程中的作用，以及对传统准位相匹配理论的影响，研究非线性过程中相位调节和轨道角动量的传播特性，实现非线性光学过程中轨道角动量的人工调控，这些理论体系和设计原理不仅适用于具有空间方位角有关相位因子的涡旋光束，也适用于具有传播方向和径向相位因子轨道角动量的一般光束。有望实现对频率，波矢，偏振，相位（能量，动量，自旋角动量，轨道角动量）开展全方位，多自由度调控，开拓非线性光学和凝聚态物理研究的新领域。

根据光的量子理论，光波除了包含自旋角动量外，还存在独立于自旋角动量的轨道角动量。本项目在非线性准位相匹配理论（包括多重准位相匹配理论），非线性惠更斯菲涅尔原理和非线性菲涅尔体积全息理论相结合的基础上，在人工调制铁电畴和金属微结构材料中，以携带轨道角动量的基波和参量光相互作用的非线性光学过程作为研究对象，发展了一套可用于非线性相位/准相位匹配的一般理论和设计原理，研究轨道角动量和传统动量之间的关联，以及在非线性光学过程中对传统准位相匹配理论的影响，研究非线性过程中相位调节和轨道角动量的传播特性，实现非线性光学过程中轨道角动量的人工调控，这些理论体系和设计原理不仅适用于具有空间方位角有关相位因子的涡旋光束，也有可能拓展到具有径向相位因子轨道角动量的一般光束。有望实现对频率，波矢，偏振，相位（能量，动量，自旋角动量，轨道角动量）开展全方位，多自由度调控，开拓非线性光学和凝聚态物理研究的新领域。