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非线性光子晶体中二次谐波产生的耦合波理论和实验研究

【摘要】:新型的位相匹配过程在非线性光子晶体中不断地被发现,比如非线性切伦科夫辐射,非线性拉曼纳斯衍射和非线性布拉格衍射。非线性切伦科夫辐射满足自动纵向位相匹配条件,非线性拉曼纳斯衍射满足横向位相匹配条件,而非线性布拉格衍射则需同时满足横向位相匹配条件和纵向位相匹配条件。本文主要围绕着非线性光子晶体中的新型位相匹配过程进行研究。我们先是综述了非线性光学发展的概况和位相匹配的概念,以及双折射匹配法和准位相匹配法的原理,然后总结了畴反转铁电晶体的光学特点和物理结构,并介绍了畴反转结构的制备工艺。接着,我们回顾了非线性突变界面增强的切伦科夫辐射和一维非线性光子晶体中产生的非线性拉曼纳斯衍射现象,并将非线性物理模型推广到了一维非线性光子晶体界面、二维光子晶体和三维光子晶体中。我们从耦合波方程出发,对一维光子晶体界面、二维光子晶体和三维光子晶体中的二次谐波产生过程进行了定量描述。我们得到的解析表达式很好地将非线性切伦科夫辐射、非线性拉曼纳斯衍射、非线性布拉格衍射、准位相匹配以及双折射匹配过程结合在一起。我们对一维非线性光子晶体界面上的二次谐波产生过程进行了理论研究,并从正常色散和反常色散两个角度分析了其非线性过程。然后对环形分布、矩形分布和六角分布的二维光子晶体进行了定量描述,详细分析了占空比、调制周期和入射偏振角对倍频光强度的影响。同时,我们进行了一维光子晶体界面和二维光子晶体中二次谐波产生的实验验证。最后我们对三维光子晶体的二次谐波产生进行了理论分析,并对简单立方结构的三维光子晶体进行了定量分析。

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