上海光機(jī)所非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)研究獲進(jìn)展

　　近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究員朱健強(qiáng)、劉德安研究團(tuán)隊(duì)在非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換相關(guān)技術(shù)方面取得研究進(jìn)展。提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新一類相位匹配方法——電壓調(diào)諧相位匹配。相關(guān)研究成果發(fā)表在1月27日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》[Phys. Rev. Lett. 118,043901, (2017)]上。論文的第一作者為博士生崔子健。審稿人對(duì)該論文給予了高度評(píng)價(jià)：“該論文的主題能夠引起科學(xué)家的廣泛興趣，得到的結(jié)果新穎、可靠，并有望在非線性光學(xué)領(lǐng)域開(kāi)啟一個(gè)新的視角。”

　　電壓調(diào)諧相位匹配方法通過(guò)引入外電場(chǎng)，利用材料的線性電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)相位匹配，以獲得最大轉(zhuǎn)換效率輸出，從根本上克服了高功率激光系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換效率對(duì)角度、溫度、波長(zhǎng)變化敏感的問(wèn)題，靈活精確地調(diào)控電光材料的折射率，進(jìn)而拓展了傳統(tǒng)非線性材料，甚至低雙折射和各向同性材料在非線性光學(xué)中的應(yīng)用。

　　為了驗(yàn)證這一新方法，該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了巧妙的原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。通過(guò)把線性電光效應(yīng)和光波非線性相互作用過(guò)程同時(shí)應(yīng)用在單塊DKDP晶體中，成功地演示了利用線性電光效應(yīng)對(duì)光波之間非線性相互作用過(guò)程的操控，證明了該方法的可行性與有效性。

　　非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)極大地提高了激光在不同領(lǐng)域中的實(shí)用性，并在許多學(xué)科中表現(xiàn)出顯著的科研潛力。為獲得高效的頻率轉(zhuǎn)換，相互作用的光波之間滿足相位匹配是一個(gè)重要前提條件。由于材料存在色散，精確地補(bǔ)償色散導(dǎo)致的相位失配是實(shí)現(xiàn)高效頻率轉(zhuǎn)換所面臨的主要挑戰(zhàn)，科研人員也一直在嘗試用不同的方法來(lái)解決這一問(wèn)題。盡管1962年N. Bloembergen等人提出了角度調(diào)諧與準(zhǔn)相位匹配，1966年Hobden演示了溫度調(diào)諧相位匹配等技術(shù)方案，但目前實(shí)現(xiàn)相位匹配的方法仍然有較大局限。上海光機(jī)所研究團(tuán)隊(duì)提出的電壓調(diào)諧相位匹配方法，不僅為設(shè)計(jì)新穎的非線性光學(xué)器件提供了新的途徑，也為進(jìn)一步深入研究非線性光學(xué)相互作用提供了新的方向。

　　圖：(a)立方晶系材料折射率橢球；(b) 立方材料和(c)DKDP晶體電光效應(yīng)折射率橢球變化；(d)電壓調(diào)諧DKDP晶體四次諧波產(chǎn)生。