光学超晶格求逆设计和非线性光场调控

This project aims at the physics and application of controlling of nonlinear optical field, and carries out the research on the controling of physical characteristics such as amplitude, phase and polarization in the process of nonlinear optics. We will explore the inverse process and quasi phase matching theory of nonlinear optical regulation; develop the angle spectrum theory to solve the inverse process, and extend it to the cylindrical coordinate system to realize the nonlinear optical regulation of the vortex beam. The influence of the design parameters in the nonlinear wave front amplitude, phase and angular momentum regulations on the wavefront regulation performance will be studied. By the research of this project, the basic theoretical system of nonlinear optical regulation and the design principle and method of optical superlattice (nonlinear grating) are established, and new fields of artificial microstructural materials and new optical regulation physics and application are opened up. The expected research results will not only be helpful to the basic research on the dynamic evolution of optical propagation characteristics, the realization of special functions in the process of special beam propagation, and the generation and regulation of nonlinear vortex beam, but also have important guiding significance for the improvement of optical imaging quality and the development of nonlinear optical devices.

本项目以非线性光场调控物理及应用为目标，开展非线性光学过程中振幅，相位和偏振等物理特性自由调控的研究。研究和探索非线性光波调控的求逆过程和准位相匹配理论；发展用于解决求逆过程的平面波角谱理论，并将其推广至柱坐标系，实现对涡旋光束的非线性光场调控；研究非线性波前振幅，相位和角动量调控中各设计参数对波前调控性能的影响；研究相位调节，角动量调节和波前振幅调节耦合中出现的新现象和新特性。通过本项目研究，建立非线性光场调控的基本理论体系和光学超晶格(非线性光栅)的设计原理和设计方法，开拓人工微结构材料和新型光场调控物理和应用研究的新领域。本项目预期研究成果不仅对非线性光学过程中光场传播特性的动力学演化，特殊光束传播过程中特殊功能实现，以及非线性涡旋光产生和调控等基础研究有积极帮助，也有望对改善非线性微结构材料中光学成像质量，研制非线性光学器件产生重要指导意义。

光场调控、传输及应用是当前光学与光子学领域的一个研究热点。光场调控一般可分为空域、时域以及时空域联合调控。空域调控主要是指调控光场振幅、偏振态、相位、空间相干结构及椭偏度等空间分布，以产生具有特殊空间分布的新型光场；时域调控主要是指调控激光脉冲形状、脉宽、啁啾以及相干特性。光场调控技术的飞速进步使得对光场的各个参数进行任意调控成为可能。近年来，在光学超晶格中开展非线性光场调控研究成为光场调控研究的新课题。本项目以非线性光场调控物理及应用为目标，开展了非线性光学过程中振幅，相位和偏振等物理特性自由调控的研究。研究和探索了非线性光波调控的求逆过程和准位相匹配理论；发展了用于解决求逆过程的平面波角谱理论和准多值化的光学超晶格设计理论，并将其推广至柱坐标系，实现了对涡旋光束的非线性光场调控；本项目还研究了非线性波前振幅，相位和角动量调控中各设计参数对波前调控性能的影响；研究了相位调节，角动量调节和波前振幅调节耦合中出现的新现象和新特性。通过本项目研究，建立了一套非线性光场调控的基本理论体系和光学超晶格(非线性光栅)的设计原理和设计方法，拓展了人工微结构材料和新型光场调控物理和应用研究领域。本项目的部分研究成果不仅对非线性光学过程中光场传播特性的动力学演化，特殊光束传播过程中特殊功能实现，以及非线性涡旋光产生和调控等基础研究有积极帮助，也有望对改善非线性微结构材料中光学成像质量，研制非线性光学器件产生重要指导意义。