基于人工构建二维准晶的非线性光学特性研究

Two-dimensional quasicrystal based on optical supperlattice can simultaneously phase-match multiple coupled parametric processes. It has potential applications in the creation of multi-wavelength laser source, multi-soliton, and quantum optics. The content of this project is: based on the theory of multiple quasi-phase matchings, we propose a new method of designing two-dimensional quasicrystal which can be used in cascaded nonlinear process. There would be new nonlinear characters in the structure and these characters are beneficial to help us to control the phase, polarization, and propagation of light.

基于光学超晶格的二维准晶能够同时实现多个耦合参量过程，在多辐射光源产生、多色光孤子、多个纠缠光源等领域有潜在应用。本项目拟结合多重准位相匹配理论，提出一种用于实现级联非线性过程的二维准晶的设计方法，通过对新结构中波传播的理论研究，获得新的非线性效应，实现对光的位相、偏振、传输等诸多特性的控制和操纵。

本项目基于多重准位相匹配理论，以光学超晶格二维准晶作为非线性材料，通过研究级联二阶非线性过程中的角度带宽、温度带宽等性质，以及多个非线性过程之间的耦合特性，实现了对光传输过程中诸多特性的控制。.（1）研究了基于光学超晶格的二维准晶结构。基于多重准位相匹配理论，利用广义双网格方法探索了新的二维准晶结构，对其点阵排列及反转畴的大小等因素进行了分析，获得了最优化的结构参数，从而发展了一套实现级联二阶非线性过程的二维准晶结构的设计方法。.（2）通过耦合波方程，对二阶非线性过程进行了数值模拟，获得了各参量光波长随晶体温度的调谐性质，从而确定了非线性过程的温度带宽，实现了对级联二阶非线性过程的带宽控制。.（3）通过数值计算，研究了非线性过程中各参量光波的演化性质，获得了准晶结构参数与入射光参数之间存在的关系，通过参数选择，做到既能控制带宽又能兼顾多个非线性过程的转换效率。. 通过研究，得到二维非线性光子准晶的几个优点：首先，由于结构中倒格矢参与非线性频率变换，而倒格矢可以通过非线性过程设计，因此这种结构为任意频率变换提供了更灵活的方法，适用于实现级联二阶非线性过程。而一维和二维周期结构，由于只有一个自由度（如晶格参数），很难实现任意的非线性过程。其次，自由度的增加，可以实现非共线相互作用，获得非共线激光输出，因此不需要复杂的分光器件，这为量子光学等领域提供了更多便利。最后，非共线相互作用使得频率上转换的温度带宽增加（与一维结构相比），所以在带宽控制方面为非线性过程提供了更多的灵活性。