光折變表面波激發(fā)及其在二次諧波產生中的應用研究.pdf

1、光折變表面波是一種與界面相聯(lián)系并可沿光折變介質表面狹層空間傳播的光波,它能將光能量高度集中在光折變介質近表面從而激發(fā)或增強各種表面非線性光學現(xiàn)象。因此,光折變表面波在光耦合、相位匹配和集成光學等方面具有很高的應用價值。早在1995年G S Garcia Quirino等人就預言了光折變表面波,同年MarkCronin Golomb首次在鈦酸鋇(BaTiO3)晶體中觀察到了擴散機制的光折變表面波。經(jīng)過十五年的發(fā)展,人們對光折變表面波有了較

2、為深入的了解。但對光折變表面波的激發(fā)機制、傳播穩(wěn)定性、以及其潛在應用等問題都還需要進一步系統(tǒng)研究。利用晶體非局域(擴散)非線性引起的自彎曲效應和局域(漂移)非線性引起的光束自陷的共同作用有望激發(fā)高效率的光折變表面波,亦即光折變表面孤子。這種表面孤子具有更強的穩(wěn)定性和可控性。對光折變表面孤子的研究將進一步促進集成光學實用化的發(fā)展,并提供更具特色的技術。本文圍繞光折變表面波激發(fā)的相關問題作了系統(tǒng)的研究。主要研究內容如下：
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3、)理論方面：深入研究了大角度入射條件下,擴散漂移機制光折變表面波的產生機制,并對外加電場和背景光等外部條件的作用和影響進行了深入分析。分析結果表明:外加電場處于某閾值之下時,增大外加電場可以減小光折變表面波的空間頻率,而外加電場高于閾值時,表面波不能穩(wěn)定存在；均勻背景光的作用可以使得光折變表面波的衰減變緩、貫穿深度增大；通過同時考慮擴散和漂移機制,首次預言了二維光折變表面孤子的存在,并分析了表面孤子形狀與外加電場以及入射光與背景光光強比

4、的關系；利用光束傳播方法(Beam Propagation Method,BPM)模擬了擴散和漂移機制共同作用下的表面孤子傳播,為實驗觀察表面孤子提供了有力的理論依據(jù)。
　　 (2)實驗方面：實驗觀察了擴散漂移機制光折變表面波,并分析了外加電場和背景光在其形成中的作用；利用非局域擴散非線性引起的自偏折效應以及局域非線性引起的自聚焦效應的共同作用,首次在鈮酸鍶鋇(SBN)晶體表面實現(xiàn)了光折變表面孤子的激發(fā),實驗結果與理論模擬結果完

5、全相符；從實驗上觀察到光折變屏蔽孤子在界面處的多次反射和近表面震蕩波的產生。
　　 (3)應用方面：在以往利用光折變表面波激發(fā)二次諧波的研究基礎上,基于大角度入射的基頻光形成的光折變表面波,尋求更高效率的表面波所引起的表面二次諧波產生。通過外電場和背景光的控制,實現(xiàn)了SBN晶體表面擴散漂移機制二次諧波的高效率激發(fā),實驗中轉換效率高達83.4％/W,接近可以應用的量級；通過分析擴散機制下SBN晶體的表面波所激發(fā)表面二次諧波隨外加電