非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)研究取得重要進展

胡楊

[本刊訊]中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室朱健強、劉德安研究團隊在非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換相關(guān)技術(shù)方面取得重要研究進展。提出并實驗驗證了新一類相位匹配方法——電壓調(diào)諧相位匹配。相關(guān)研究成果發(fā)表在2017年1月27日出版的《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

電壓調(diào)諧相位匹配方法通過引入外電場，利用材料的線性電光效應(yīng)實現(xiàn)相位匹配，以獲得最大轉(zhuǎn)換效率輸出，從根本上克服了高功率激光系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換效率對角度、溫度、波長變化敏感的問題，靈活精確地調(diào)控電光材料的折射率，進而拓展了傳統(tǒng)非線性材料，甚至低雙折射和各向同性材料在非線性光學(xué)中的應(yīng)用。

為了驗證這一新方法，該研究團隊設(shè)計了巧妙的原理驗證實驗。通過把線性電光效應(yīng)和光波非線性相互作用過程同時應(yīng)用在單塊磷酸二氘鉀（DKDP）晶體中，成功地演示了利用線性電光效應(yīng)對光波之間非線性相互作用過程的操控，證明了該方法的可行性與有效性。

非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)極大地提高了激光在不同領(lǐng)域中的實用性，并在許多學(xué)科中表現(xiàn)出顯著的科研潛力。為獲得高效的頻率轉(zhuǎn)換，相互作用的光波之間滿足相位匹配是一個重要前提條件。由于材料存在色散，精確地補償色散導(dǎo)致的相位失配是實現(xiàn)高效頻率轉(zhuǎn)換所面臨的主要挑戰(zhàn)，科研人員也一直在嘗試用不同的方法來解決這一問題。盡管1962年有學(xué)者提出了角度調(diào)諧與準相位匹配，1966年又有專家演示了溫度調(diào)諧相位匹配等技術(shù)方案，但目前實現(xiàn)相位匹配的方法仍然有較大的局限性。上海光機所研究團隊提出的電壓調(diào)諧相位匹配方法，不僅為設(shè)計新穎的非線性光學(xué)器件提供了新的途徑，也為進一步深入研究非線性光學(xué)相互作用提供了新的方向。