离子型声子晶体中的长波光学性质

提出了离子型声子晶体的概念，制备出一维离子型声子晶体材料，研究了一维离子型声子晶体中的超晶格振动与电磁波的耦合效应，将黄昆方程所预言的一系列长波光学行为，如：极化激元、红外吸收、介导异常等。从红外波段推广到微波波段，并得到了实验验证，预测了这种材料在微波与声学方面可能的应用。     

超构材料的量子光学效应

超构材料作为一种新型人工微结构材料,由于它可以提供自然界不存在或者难以实现的特殊性质,受到了广泛的关注。本研究组基于LC回路模型的量子化方法,研究了超构材料的元激发,并引入了准粒子的概念。使用双光子干涉的方法,证明了超构材料具有量子特性,并验证了量子化方法的正确性。基于这套量子化方法,进一步研究了超构材料与活性材料相互作用的问题,发现这个体系可以产生受激辐射放大的效应。这些结果表明,超构材料不但可以有效的调控经典光,在量子光学方面也有潜在的应用前景。     

二极管抽运全固态Nd∶YVO4/PPLT红光激光器

报导使用周期极化的钽酸锂超晶格(PPLT)对Nd∶YVO4晶体1342 nm谱线进行倍频获得671 nm红光的研究结果.实验所用的样品长为20 mm,周期为14.8 μm.基波为高重复频率声光Q开关的脉冲激光,获得红光最大平均功率为410 mW,晶体内基波光功率为647 mW,光-光转换效率为63%.在输出为350 mW左右时红光的波动小于3.2%.此外,在同样实验条件下未加声光开关时通过对倍频红光(CW)输出功率的测量,我们得到晶体有效非线性系数为3.8 pm/V.实验结果表明,用周期结构的光学超晶格通过准位相匹配对Nd∶YVO4晶体1342 nm谱线进行倍频, 转换效率高,系统结构简单,输出功率稳定,是获得高校大功率LD抽运的全固态红光激光输出的一条有效途径.(OC12)     

非线性光场调控实现12倍相位超分辨实时干涉测量

光学干涉仪是现代精密测量技术的核心支撑，但其分辨率受到光源波长的限制，无法通过无限减小波长提高分辨率，而“相位超分辨”即是指设法解决光源波长限制的技术手段。目前“相位超分辨”研究主要通过调控N光子纠缠态的途径实现，但是由于N光子纠缠态制备与调控的极高难度和符合计数的极低效率使得该途径无法用于实际测量。针对这一瓶颈，笔者联合团队利用轨道角动量(OAM)相干态在光学超晶格中的级联参量上转换过程高效构造、提取多光子复振幅信号。实现了N=12倍的相位超分辨干涉信号的实时测量，为发展可实际应用的高倍率相位超分辨干涉测量技术提供了一条全新的物理途径。     

周期极化LiTaO3光学超晶格中的高效倍频绿光产生

报道了利用周期极化LiTaO3光学超晶格,实现66.5%的高效倍频532 nm绿光产生的全固态激光器.波长为808 nm的半导体激光器通过光纤耦合,采用端抽运方式激发Nd∶YVO4晶体.使用的Nd∶YVO4晶体尺寸4×4×5 mm3,谐振腔的膜系保证仅1064 nm谱线共振.一重复频率为13 kHz的声光调制器置于腔内,以获得准连续的脉冲宽度约为160 ns的基频光输出.准连续基波的平均输出功率4.4 W.用焦距为50 mm的透镜聚焦后入射至长度为20 mm、厚度为0.5 mm、周期为7.69 μm的周期极化的LiTaO3光学超晶格上.晶体置于控温精度为0.1°C的恒稳炉中,温度稳定在108.8°C.在周期极化LiTaO3光学超晶格的输出端直接探测到平均功率为2.18 W的532 nm绿光输出.考虑到晶体输出面约14.2%的菲涅耳损耗,晶体内产生的绿光平均功率为2.54 W,这样在晶体内部产生的倍频绿光的转化效率为66.5%.实际上,产生绿光的转换效率更高,因为被散射的绿光也包括在内,我们探测到的是真正的有效输出.(OC21)     

光学超晶格中涡旋光的产生与调控

携带轨道角动量的光束,又称为涡旋光,因其新奇的相位分布和物理特性,在光学微操控、超分辨成像、高容量光通信和量子信息技术等领域有重要的应用.涡旋光应用于不同场景需要不同的频率,使用基于准相位匹配原理的光学超晶格作为非线性转换晶体,是获得新频率光源的重要手段.涡旋光与介质的非线性相互作用,不仅要考虑常规的能量守恒和线性动量守恒,还需要关注轨道角动量的守恒问题.本文综述了光学超晶格中涡旋光产生和调控方面的研究进展.通过倍频、和频、三倍频和参量下转换等非线性频率转换过程,可以高效的将涡旋光的工作波长拓展到蓝紫直至中红外波段;通过光学超晶格倒格矢的精密设计,可以灵活调控涡旋光非线性频率转换过程中的轨道角动量转移等.基于非线性全息思想设计非线性光子晶体,可以在频率转换的同时调控光场的波前、相位和振幅等物理参量,从而实现涡旋光束的非线性产生;伴随着超晶格制备技术的突破,调控的维度也从二维拓展至三维.光学超晶格中涡旋光产生和调控的研究,可以加深对轨道角动量这一重要物理守恒量的理解,以及推动相关应用研究的进展.     

金属/介电鱼网结构中磁等离极化激元的研究

系统研究了具有负折射性能的金属/介电鱼网结构,发现其中的磁激发耦合形成了磁等离极化激元(MPP),从实验上观察到多个MPP模式,并对它们的激发频率进行了调控.这种磁激发形式具有新颖的特性,为今后的光学集成提供了新的思路.     

倍频、自倍频光学超晶格LN、LT晶体及应用研究

光学超晶格是根据准位相匹配原理设计出的具有人工调制结构的非线性光学材料,其特点是可以利用晶体的最大非线性系数在晶体的全透光波段实现激光的高效变频。由于其所具有的高增益、低阈值和易于实现相位匹配的特点,近十多年受到激光与光电子技术领域的格外重视,竞争也十分激烈。 本课题组是国际上最早进行光学超晶格理论与实验研究的研究组之一,从70年代末开始一直坚持不懈地工作在这一领域并先后得到国家自然科学基金、攀登计划、“863”计划等课题资助,取得了一批有国际领先水平的研究成果,建立了光学超晶格     

宽带消色差平面透镜的设计与参量分析

大尺寸、大数值孔径、宽波段的消色差平面透镜设计是成像技术的一个瓶颈性问题，也是近年来超构透镜研究领域的一个重要挑战，主要原因是透镜的各个参量之间存在内禀的制约关系。文中结合消色差透镜的群时延理论及透镜的相位分布，通过理论分析给出各参量之间的半定量制约关系。同时，分别通过拓扑优化和直接二值搜索的方法，设计了不同参量下的消色差超构透镜和多阶衍射透镜，发现在保持效率80%左右的前提下，透镜尺寸增加了一倍，数值孔径或波段宽度减少了一半，而透镜厚度则随尺寸成线性增长。该结果表明，这两类平面透镜具有相同的內禀参数依赖关系，即透镜尺寸与数值孔径和波段宽度呈现反相关、与透镜厚度呈现正相关的关系，这与理论预测基本一致。