|
（1）非线性光学中的光散射增强效应
研究背景：
非线性光学晶体中各种物理过程能导致各种线性或者非线性衍射花样的产生，这些衍射花样为人们观察和研究其中的物理过程提供了一种有效方法和手段，从而成为非线性光学中的一个研究热点。其中锥形光束在光学微操纵、光信息处理、光学加工、量子光学等领域都有重要应用，因此如何产生锥形光束引起了人们广泛的兴趣。
研究结果：
我们实验发现光学超晶格中能够直接输出锥形光束,其基本原理是微弱的弹性散射光与入射光之间可以实现和频，在位相匹配条件下，这种和频过程能够得以高效完成。输出的明亮锥形谐波束能够将近红外波段弹性散射光转换成可见光，其强弱正比于散射光的强度。利用这种方法我们首次测得了钽酸锂晶体中弹性散射尤其是前向小角散射的分布情况，为晶体质量和微结构的表征提供了一种有效方法，同时这也是一个简单易行的产生锥形谐波束的方法。
（2）
非线性光子晶体中的切伦科夫辐射效应
研究背景：
切伦科夫辐射的概念源于高能粒子物理，当带电粒子在透明介质中以超光速运动时会产生一种电磁辐射，被称之为切伦科夫辐射。切伦科夫辐射的方向与运动粒子方向之间有一夹角
- 切伦科夫角，介质中的光速(u)与粒子速度（u’）之比就是切伦科夫角的余弦(cos
q
=
u’/u)。我们的研究结果显示，光在非线性介质中传播也能产生非线性切伦科夫辐射，实现光的倍频、和频和其他参量过程，这一过程中的切伦科夫角取决于基波光与产生光在晶体中的相速之比。非线性切伦科夫辐射的源是光在介质中产生的非线性极化。然而，要实现切伦科夫辐射就必须要满足“辐射源的速度大于产生的光的速度”这一条件。如何打破速度的限制，成为当前研究的一个热点。声子辅助方法，光子晶体相继被提出。我们提出了一种新的方案：非线性光子晶体。
研究结果：
从理论和实验上证实了非线性光子晶体中的微结构可以调控光在介质中所激发的非线性极化波的相速，从而改变非线性切伦科夫辐射在空间的分布和传播方向，甚至能同时产生多组、多色的切伦科夫辐射。非线性光子晶体的周期决定了对非线性极化波相速度的调控幅度。实验中我们实现了准相位匹配的切伦科夫倍频（图1）和和频（图2）。从原理上来说，这一技术可以打破速度条件的限制，应用于任何二阶非线性光学过程。除了可以在传统的光子探测等应用中发挥作用外，非线性切伦科夫辐射有可能成为提供连续光源和纠缠光源的新技术。
（3）非线性光学中的惠更斯原理
研究背景：
在传统准相位匹配理论中，一个基本的概念就是倒格矢匹配。通常在针对某一非线性光学过程设计超晶格结构时，需要首先根据其中的波矢失配量定出相应的倒格矢，然后据此设计所需的超晶格结构。这一方法的一个隐含前提就是要求对应的非线性光学过程具有确定的波矢失配，因此对于波矢失配随空间变化的复杂非平面波相互作用，传统QPM方法存在很大的局限性。
研究结果：
为了解决这一问题，我们提出了一种全新的超晶格设计方法，利用这种设计方法获得的超晶格结构具有更高的理论匹配能力，可以对一些传统QPM方法无法实现的复杂非线性光学过程提供完全相位匹配。我们提出了局域匹配原理作为新设计方法的出发点。新方法突破了倒格矢匹配的传统设计思路，具有更强的相位匹配能力，可以实现复杂非平面波之间的精确匹配。此外，这种新方法的还有一个显著优点是可以将几种不同的光学功能集成到一块光学超晶格晶体中，因此便于实现光学器件的小型化和集成化。
 | 
