啁啾结构非线性光子晶体中的中红外激光产生

Nonlinear frequency conversions are an effective way to extend the laser wavelength range. Quasi-phase-matching (QPM) technique based on nonlinear photonic crystals (NPC) can compensate the phase-mismatching in various nonlinear frequency conversion processes by modulating the sign of nonlinear coefficients. QPM has several advantages over the birefringent phase matching, so it has attracted wide attention in optical field. Femtosecond pulse laser has short duration, high instantaneous power and broad spectral range. The chirped NPC offers a series of broad reciprocal lattice vectors, which can cover a broad wavelength of pump light and enable a large fraction of the energy involved in the femtosecond pulse laser to participate in the frequency conversion. In this proposal, we will theoretically and experimentally investigate the self-difference frequency generation interaction of chirped nonlinear photonic crystal and femtosecond pulse laser to realize the generation of mid-infrared laser light. Our scheme is flexible, simple, and of wide applicability, and can provide new ideas and methods for building mid-infrared laser sources.

非线性频率转换是拓宽激光频率范围的有效方法，基于非线性光子晶体等的准相位匹配技术通过对非线性光学系数的符号进行周期性的调制来补偿非线性频率转换过程中的相位失配，具有诸多双折射匹配技术无法比拟的优点，所以得到光学领域广泛的重视。飞秒脉冲激光具有瞬态功率高、光谱范围宽的特点。啁啾结构的非线性光子晶体具有一系列宽带的倒格矢分布，能充分利用飞秒激光的所有入射波长和能量，显著提高非线性频率转换效率。本项目将在理论和实验两方面开展利用啁啾结构的非线性光子晶体与飞秒脉冲激光的自差频相互作用，产生中红外波段激光的研究。该项目的方案设计方法灵活简单、适用性广，可望为中红外激光光源产生等问题提供崭新的思路。

非线性频率转换是拓宽激光频率范围的有效方法。随着激光技术的发展，宽谱飞秒脉冲激光光源被越来越多地用于科学研究中。本项目在理论和实验两方面开展了利用飞秒脉冲激光作为泵浦光源的非线性光学频率转换过程研究。. 项目执行期间，主要研究内容包括：1)为了进一步阐述激光脉冲的非线性频率转换的物理内涵，定性定量地分析超短激光脉冲在非线性晶体中的非线性作用，我们提出了宽带非线性耦合波理论，这为非线性晶体的设计和实验方案优化提供了一种非常有效而且强大的工具，具有重要的实际应用价值；2)设计啁啾结构非线性光子晶体以实现超连续宽谱产生，输出激光的光谱分布可以通过调制入射泵浦激光的中心波长以及偏振方向进行调节，实验结果为宽带激光光谱整形以及可调谐超连续激光光源的研制提供了全新的方案；3)设计了利用啁啾结构的非线性光子晶体与飞秒脉冲激光的自差频相互作用，产生中红外波段激光的研究方案，该设计方法灵活简单、适用性广,可望为中红外激光光源产生等问题提供崭新的思路。4)针对铌酸锂单晶亚波长薄膜二次谐波产生问题，系统建立了一个充分考虑铌酸锂晶体介电常数和折射率双折射特性，以及各向异性非线性极化率张量的非线性耦合模理论体系,我们的解析理论和公式可以极大地促进纳米尺寸单晶铌酸锂薄膜中非线性光学相互作用的物理机制的深刻理解，并为泵浦激光的二次谐波转换效率提供一种更为便利的准确定量评估工具。这种解析理论同时也对微纳尺度的铌酸锂薄膜非线性光学器件的性能提升和功能创新十分有益。.