二维LiNbO3非线性光子晶体中的四次谐波产生

1 下载量 166 浏览量 更新于2024-08-27 收藏 561KB PDF 举报
"本文详细探讨了利用二维LiNbO3非线性光子晶体进行中红外超短脉冲的四次谐波生成现象。研究中,科研人员观察到五束锥形谐波束,这些谐波束来源于1997纳米波长的飞秒中红外脉冲与具有Sierpinski分形超晶格结构的2D LiNbO3非线性光子晶体的相互作用。主要的衍射阶数和参与交互的相应倒格矢被确定。第二和第三谐波分别在23.82°和36.75°的外部角度产生,这归因于非线性的Cerenkov和Bragg衍射。同时,观察到了三种四次谐波生成路径,它们分别在14.21°、36.5°和53.48°的外部角度出现,其中第一种是由于非线性Cerenkov衍射产生的。" 在光学领域,非线性光学是研究光与物质相互作用时,光的强度如何影响物质响应的学科。在这个实验中,研究者使用了二维的LiNbO3(铌酸锂)非线性光子晶体,这是一种具有优异非线性光学特性的材料。非线性光子晶体是由周期性排列的单元组成,可以控制光的传播和相互作用,尤其在非线性光学过程中,如谐波生成。 四次谐波生成是非线性光学的一个重要过程,它涉及到将输入的光波频率转换为其四倍。在这个实验中,通过使用中红外的超短脉冲,研究人员能够观察到这一过程。超短脉冲具有极高的峰值功率,能够激发材料中的强非线性效应。输入的1997纳米波长的脉冲在与2D LiNbO3非线性光子晶体相互作用后,产生了多种谐波,包括第二、第三以及第四次谐波。 Cerenkov衍射和Bragg衍射是两种不同的光衍射现象。Cerenkov辐射通常发生在介质中光速超过电子速度时,而在这里是非线性版本,即非线性Cerenkov衍射,它涉及光场与物质的非线性相互作用,导致频率的改变。另一方面,Bragg衍射是晶体对光的散射,当入射光的波长与晶格间距相匹配时,会产生特定角度的反射。 Sierpinski分形超级晶格的引入增加了实验的复杂性和潜在的应用价值。这种结构的非线性光子晶体能够提供更丰富的光与物质相互作用的可能性,可能用于开发新型的光子器件,例如频率转换器、光谱分析仪或激光技术。 这项研究揭示了非线性光子晶体在中红外波段的潜力,特别是对于高次谐波生成的应用。通过深入理解这些非线性效应和它们在特殊结构中的表现,科学家们可以设计出更高效的光子学设备,这对于量子信息处理、光子计算和超快光学等领域具有重要意义。