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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 铁电体中的光学工程非线性光子结构

DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8873398 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 许多基于频率转换的光学器件性能，关键取决于材料非线性光学响应的空间调制。这种调制通过准相位匹配（QPM）机制，确保不同频率光波间实现高效能量交换。这类被称为非线性光子晶体的QPM结构，能提供均匀非线性晶体无法实现的多种新特性与功能。传统上此类非线性结构通过电场极化技术制备，但该技术受限于特定晶体几何构型，且无法在非线性材料内部构建孤立结构——这意味着传统电致极化法无法实现完全三维的非线性结构。 本研究提出基于铁电体全光极化的二次非线性调控新技术。该方案类似光学介质中的传统激光写入：通过飞秒红外光束的紧密聚焦及后续双光子吸收实现局部介质加热，由此产生的大温度梯度会诱发热电场——当该电场强度足够高时，可局部反转自发极化方向从而改变非线性符号。该方法具有极高灵活性，适用于不同晶向，能在光学介质内部形成局域化的空间调制非线性响应。 我们展示了该技术在铌酸锂波导中构建高效频率转换结构及横向二次谐波产生的应用实例。更首次实验证实了在铁电钛酸钡钙材料中制备的三维非线性光子晶体。最后呈现了在铁电铌酸钙钡体材料内形成叉形多非线性光子晶体的成果，并证明其在倍频过程中通过直接产生二次谐波光学涡旋与锥形光束实现波前调控的应用。
作者： K. Switkowski，S. Liu，W. Krolikowski，Y. Sheng
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

讨论一种基于铁电体全光极化的新型二次非线性工程化技术，并展示其应用于构建铌酸锂波导中高效频率转换结构及横向二次谐波产生的应用。

研究成果

这种全新的全光极化技术具有极高的灵活性，可适用于不同晶体取向，并能在光学介质内部形成局域化的空间调制非线性响应。该技术已成功应用于构建高效频率转换与二次谐波产生结构，包括在铁电钛酸钡钙材料中首次实验验证三维非线性光子晶体的存在。

研究不足

传统的电致极化技术受限于特定的晶体几何结构，且无法在非线性材料内部构建孤立结构，从而限制了全三维非线性结构的实现。

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