Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Infrared Materials and Devices, Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Engineering Research Center for Advanced Infrared Photoelectric Materials and Devices of Zhejiang Province, Ningbo University, Ningbo 315211, China
3 Department of Quantum Science and Technology, Research School of Physics, Australian National University, Canberra ACT 2601, Australia
4 School of Physics and Optoelectronics Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
Three-dimensional (3D) nonlinear photonic crystals have received intensive interest as an ideal platform to study nonlinear wave interactions and explore their applications. Periodic fork-shaped gratings are extremely important in this context because they are capable of generating second-harmonic vortex beams from a fundamental Gaussian wave, which has versatile applications in optical trapping and materials engineering. However, previous studies mainly focused on the normal incidence of the fundamental Gaussian beam, resulting in symmetric emissions of the second-harmonic vortices. Here we present an experimental study on second-harmonic vortex generation in periodic fork-shaped gratings at oblique incidence, in comparison with the case of normal incidence. More quasi-phase-matching resonant wavelengths have been observed at oblique incidence, and the second-harmonic emissions become asymmetric against the incident beam. These results agree well with theoretic explanations. The oblique incidence of the fundamental wave is also used for the generation of second-harmonic Bessel beams with uniform azimuthal intensity distributions. Our study is important for a deeper understanding of nonlinear interactions in a 3D periodic medium. It also paves the way toward achieving high-quality structured beams at new frequencies, which is important for manipulation of the orbital angular momentum of light.
second-harmonic generation nonlinear photonic crystal periodically poled ferroelectric crystal quasi-phase matching nonlinear wavefront shaping 
Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041902
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 School of Electronic and Electrical Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China
3 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai 201315, China
4 Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
Whispering-gallery-mode (WGM) microresonators can greatly enhance light–matter interaction, making them indispensable units for frequency conversion in nonlinear optics. Efficient nonlinear wave mixing in microresonators requires stringent simultaneous optical resonance and phase-matching conditions. Thus, it is challenging to achieve efficient frequency conversion over a broad bandwidth. Here, we demonstrate broadband second-harmonic generation (SHG) in the x-cut thin-film lithium niobate (TFLN) microdisk with a quality factor above 107 by applying the cyclic quasi-phase-matching (CQPM) mechanism, which is intrinsically applicable for broadband operation. Broadband SHG of continuous-wave laser with a maximum normalized conversion efficiency of ∼15%/mW is achieved with a bandwidth spanning over 100 nm in the telecommunication band. Furthermore, broadband SHG of femtosecond lasers, supercontinuum lasers, and amplified spontaneous emission in the telecommunication band is also experimentally observed. The work is beneficial for integrated nonlinear photonics devices like frequency converters and optical frequency comb generator based on second-order nonlinearity on the TFLN platform.
lithium niobate whispering-gallery mode broadband second-harmonic generation cyclic quasi-phase matching 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031903
Author Affiliations
Abstract
1 Hubei Key Laboratory of Optical Information and Pattern Recognition, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430205, China
2 Quantum Photonics Laboratory, Department of Physics and Astronomy, Louisiana State University, Baton Rouge, Louisiana 70803, USA
Entangled photon pairs are crucial resources for quantum information processing protocols. Via the process of spontaneous parametric downconversion (SPDC), we can generate these photon pairs using bulk nonlinear crystals. Traditionally, the crystal is designed to satisfy a specific type of phase-matching condition. Here, we report controllable transitions among different types of phase matching in a single periodically poled potassium titanyl phosphate crystal. By carefully selecting pump conditions, we can satisfy different phase-matching conditions. This allows us to observe first-order Type-II, fifth-order Type-I, third-order Type-0, and fifth-order Type-II SPDCs. The temperature-dependent spectra of our source were also analyzed in detail. Finally, we discussed the possibility of observing more than nine SPDCs in this crystal. Our work not only deepens the understanding of the physics behind phase-matching conditions, but also offers the potential for a highly versatile entangled biphoton source for quantum information research.
spontaneous parametric downconversion nonlinear crystals phase-matching condition 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021901
高记星 1,2娄智远 1,2杨帆 1,2杨晓骏 1[ ... ]李儒新 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心,北京 100049
3 张江实验室,上海 201210
利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ(13.1 nm波长)和11.1 nJ(13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6×10-73.0×10-7,谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解,得到单原子偶极发射谱,结合麦克斯韦方程组模拟传播效应,同时考虑气体对谐波的吸收效应,理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好,纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。
极紫外 高次谐波 相位匹配 空间分布 
光学学报
2024, 44(2): 0214001
作者单位
摘要
1 山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006
2 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
二阶非线性光学参量过程的上转换和下转换过程是扩展激光波长范围的一种手段, 其中上转换过程中的倍频与和频可以有效产生短波长激光。本文提出利用1 438.9 nm的基频光场注入内置一块单周期结构的极化铌酸锂晶体(PPLN)的双端光学腔, 在极化晶体的同一周期内, 产生719.45 nm的二倍频光场和479.63 nm的三倍频光场, 得到的两束光场分别从双端倍频腔两端输出。研究设计了晶体的周期结构, 使得二倍频和三倍频的两个非线性光学过程在PPLN晶体的同一极化周期内同时性满足准相位匹配条件, 实现二倍频和三倍频光场同时产生。并计算分析晶体极化周期, 基频光波长和温度三个参数之间的关系, 得到的结论可为单激光在单周期结构极化晶体中产生双波长激光提供理论参考价值。
非线性光学 周期极化晶体 准相位匹配 倍频 和频 nonlinear optics periodic polarized crystal quasi-phase matching double frequency sum frequency 
量子光学学报
2023, 29(3): 030701
作者单位
摘要
南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,南京210023
为了在波导中轻松实现相互作用波之间的相位匹配,产生有效的二次谐波,设计了一种新型条形波导--二氧化硅-铌酸锂-二氧化硅(SiO2-LiNbO3-SiO2),该条形波导由SiO2和无蚀刻z切割的LiNbO3组成,通过调整波导结构分析了波导的色散,研究了不同尺寸的SiO2对基波与二次谐波相位匹配点的影响,分析了该条形波导倍频的可行性,并利用脉冲的振幅和宽度对频谱展宽的特性,实现超宽带连续谱。仿真结果表明:在覆盖层SiO2宽度为1 600 nm、高度为400 nm的条形波导结构中,使用脉冲振幅为107 a.u.,脉冲宽度为10 fs的超短脉冲,得到了一个带宽为1 302.5 nm的超宽带连续谱。
铌酸锂 相位匹配 二次谐波产生 超连续谱 光通信 lithium niobate, phase matching, second harmonic g 
光通信技术
2023, 47(4): 0015
张瑞亮 1,2,*彭苏横 1,2王炳文 1,2耿利杰 1,2[ ... ]杨坤 1,2
作者单位
摘要
1 郑州轻工业大学 物理与电子工程学院,郑州 450000
2 郑州轻工业大学 河南省磁电信息功能材料重点实验室,郑州 450000
提出一种基于交叉泵浦实现受激电磁耦子散射的非共线相位匹配的方法,获得频率可调谐的窄带Stokes光输出。根据参量放大理论,推导出交叉泵浦受激电磁耦子散射的单程放大增益效率表达式,揭示了交叉泵浦实现受激电磁耦子非共线相位匹配的物理机制。实验上采用泵浦光在晶体侧面全反射的方式构建交叉泵浦,通过旋转晶体改变泵浦光全反射角,实现相位匹配条件的改变和输出Stokes光频率的调谐。输出Stokes光线宽为0.17 nm,波长调谐范围为1 068~1 076 nm。在15 mJ的泵浦能量下的输出能量为1.07 mJ,能量转化效率为6.8%。本研究为非线性参量转换过程中的相位匹配方法提供一种方案参考,尤其适用于泵浦光脉宽小于纳秒量级的短脉冲情况。
非线性光学 非共线相位匹配 交叉泵浦 受激电磁耦子散射 太赫兹波参量源 Nonlinear optics Non-collinear phase matching Cross pumping Stimulated polariton scattering Terahertz-wave parametric sources 
光子学报
2023, 52(11): 1114001
胡倩倩 1,2冯宝 1,2闫龙川 3赵晓红 4[ ... ]李威 5,*
作者单位
摘要
1 南瑞集团有限公司/国网电力科学研究院有限公司, 江苏 南京 210000
2 南京南瑞国盾量子技术有限公司, 江苏 南京 210000
3 国家电网有限公司信息通信分公司, 北京 100000
4 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东 济南 250000
5 南京邮电大学, 江苏 南京 210003
量子密钥分发 (QKD) 在信道中容易丢失信息载体, 因此有限的通信距离和密钥生成速率是其应用的主要瓶颈。一般而言, 密钥速率受信道传输速率的限制, 而相位匹配量子密钥分发 (PM-QKD) 协议的提出克服了线性密钥速率的约束, 即安全密钥速率与传输速率的平方根成正比。虽然PM-QKD协议可以保证探测器的安全性, 但光源方面仍存在一些缺陷。在PM-QKD协议中, 一般假设光源为理想相干态, 而这与实际的QKD系统不完全相符, 从而造成一些安全问题。本研究讨论了光子数分布未知条件下的PM-QKD协议, 证明了光子数分布未知条件下的安全性分析仍然是合理的, 也表明基于光源检测的PM-QKD协议产生的密钥率与理想光源下的密钥率基本一致。
量子信息 量子密钥分发 相位匹配 光源监测 光源涨落 光子数分布 quantum information quantum key distribution phase-matching light source monitoring source fluctuation photon number distribution 
量子电子学报
2023, 40(5): 712
作者单位
摘要
1 中国科学院福建物质结构研究所,福建 福州 350002
2 中国科学院大学,北京 100049
对硅基周期极化铌酸锂(PPLN)薄膜脊形波导进行了理论分析,并使用有限元软件模拟了25 ℃下泵浦波长为1560 nm的PPLN脊形波导的准相位匹配(QPM)周期与波导脊高和脊宽的关系。仿真结果表明,在相同脊宽(10 μm)或脊高(10 μm)下,PPLN脊形波导的QPM周期随着脊高或脊宽的增加而增大,最后趋于常数(即块状PPLN的QPM周期)。进一步模拟了在脊高和脊宽维持不变的情况下,PPLN脊形波导的QPM周期与温度之间的关系。结果表明,随着温度的增加,PPLN脊形波导的QPM周期逐渐减小,并且温度每升高1 ℃,QPM周期减小约3 nm。根据仿真结果制作了硅基片上集成PPLN脊形波导器件,将其封装成小体积的光纤入光纤出的波导,并测试了性能。当温度为24.8 ℃、1560 nm基频光输入功率为1.2 W时,最大输出653 mW的倍频光,光光转换效率达54.4%,归一化转换效率为20.2 %?W-1?cm-2
非线性光学 周期极化铌酸锂 薄膜 准相位匹配 脊形波导 
中国激光
2023, 50(22): 2208001
作者单位
摘要
1 西安邮电大学 电子工程学院,陕西 西安 710121
2 西安精密机械研究所,陕西 西安 710077
针对水下高速无线激光通信发射功率较低,通信距离受限的问题,该研究采用非线性光学中二次谐波理论,将1064 nm的高速外调制与放大技术和非线性晶体的准相位匹配技术相结合,通过光学设计和系统参数研究,设计了一种532 nm的高速大功率无线激光调制发射系统,并建立了基于温度和角度变换的波长转换效率模型。然后通过仿真分析的方法得到了不同温度下,最大转换效率对应的角度范围。最后对系统的性能进行了系统搭建和实验分析,验证了该系统在常温下可实现1 W大功率532 nm绿光无线输出,且频率大于1 GHz的模拟信号和速率大于500 Mbps的数字信号调制。实验结果表明:常温下,该系统输出的光斑光强分布均匀,光束质量显著好于调制后的基频光模式。系统输出的方波信号上升沿宽度和下降沿宽度会发生压缩,但随着脉冲宽度的减小压缩现象会发生收敛,上升沿宽度收敛于0.27,下降沿宽度收敛于0.06,系统输出的正弦信号随着频率的增加没有发生明显的畸变。研究结果可以为未来水下长距离高速无线光通信应用提供理论和技术支撑。
水下无线光通信 波长转换系统性能 准相位匹配 非线性晶体 underwater wireless optical communication wavelength conversion system performance quasi-phase-matching nonlinear crystal 
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220814

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!