《铁电光学超晶格非线性光学基础研究》

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2015年为联合国国际光年。激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明,不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生,而且导致整个一门新兴产业的出现。由于激光的波长取决于激光增益材料上下能级的能级差,因而激光能够产生的波长是有限的。激光新应用又对激光参数提出新的要求,非线性光学为改变激光波长、以及空间和时间上激光参数提供了重要的手段。非线性光学过程有效实现需要相位匹配,传统的方法为双折射匹配,即利用晶体的双折射效应实现相位匹配。上世纪60年代,诺贝尔奖获得者N.Bloembergen第一次提出利用准位相匹配方法来解决非线性光学中频率转换的位相失配问题。准位相匹配技术发展到现在,还存在一些重要的前沿科学问题,例如多重和高维、电光效应、畴壁增强非线性等。课题组在过去十年中,围绕铁电晶体准相位匹配材料和非线性光学新原理、新方法和新应用开展了系统研究,取得了系列创新性成果。主要创新点如下:(1)观测到由电光效应而引起的激光偏振耦合现象,建立了利用电场对激光参数的精密调控新方法。提出并在实验上观测PPLN晶体中的Solc滤波现象被公认为国际上首次发现。被国际非线性光学专业期刊JNOPM邀请撰写综述和被Springer邀请撰写专著。(2)系统开展了无序和多维畴反转铁电晶体材料性能研究,拓展了准相位匹配研究和应用范畴。率先研究了基于二维非周期和三维光学超晶格非线性光学参量过程的特性。率先把传统准相位匹配非线性光学研究中的非周期和优化算法推广到UV和XUV波段产生中。(3)发现了铁电畴壁的非线性增强效应,提出了极化波的超光速调制新原理,实验实现了可调谐的切伦科夫倍频和畴壁相长干涉增强倍频效应。研究成果发表在Physical Review Letters等刊物上。(4)在畴反转铁电晶体新型光电子器件方面取得关键突破,为国家重大需求提供技术基础。开展了用于下一代全光通信的准相位匹配波导全光波长转换器研究,制备的波导被Nature论文引用认为是低损耗波导制备的重要进展。研制的准速度匹配位相调制器打破了美国和日本在技术及产品的输出上对中国采取限制的措施,指标达到国外同类器件的水平。围绕上述内容,发表SCI论文48篇,其中在该领域重要的三本期刊Optical Letters,Optics Express,Applied Physics Letters发表论文17篇,其它包括IEEE系列专业期刊和Physic Review系列期刊等杂志上8篇;论文被包括Nature、Progress in Optics、PRL等权威期刊引用,8篇代表性论文被SCI他引91次;被邀请撰写了2篇长篇综述论文,在Springer等国外出版社出版专著2本。重要国际会议邀请报告26次。相关工作4次入选中国光学重要成果;培养的研究生3次获中国光学学会王大珩光学奖;2010年由于在准相位匹配非线性光学和光与纳米结构材料相互作用方面的贡献获得亚太物理协会联合会杨振宁奖(AAPPS,C.N.Yang Award)。

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