Integrated Backward Second-Harmonic Generation Through Optically Induced Quasi-Phase Matching
本文首次通过种子全光极化实现集成一阶准相位匹配反向二次谐波产生,规避了亚微米极化周期制造难题,并阐明光栅周期对转换效率的影响,展示了相干光生伏打效应在集成光子学中的新非线性功能。
2023-02-14 physics.optics
Quasi-phase-matching $χ^{(3)}-$parametric interactions in sinusoidally-tapered waveguides
在这篇文章中,我展示了如何锥形波导可以作为有效的准相位匹配计划的四波混频参量过程中的三阶非线性材料。作为一个例子,已进行了深入的研究,提高三次谐波产生的正弦锥形光纤。利用傅里叶级数分析,得到了这些结构中非线性参量相互作用的准相位匹配条件。研究了三次谐波的转换效率与调制幅度、抽运波长、抽运方向、锥形周期等参量的关系。与均匀波导相比,转换效率提高了几个数量级。我设想这项工作可以重塑领域的引导非线性光学使用中心对称材料。
2017-11-24 physics.optics
Quasi-phase-matching high-harmonic radiation using chirped THz pulses
采用完全三维非绝热模型对啁啾太赫兹脉冲的高次谐波产生进行了数值研究。辅助太赫兹脉冲照射HHG气室横向诱导准相位匹配。我们证明,它是可能的,以补偿传输过程中的相位失配和扩展的宏观截止传输强红外脉冲的单偶极截止。我们得到两个数量级的增加,在截止谐波($\approx$ 170 eV)的谐波效率使用太赫兹脉冲的恒定波长,和进一步的3倍增强时,啁啾太赫兹脉冲使用。
2014-02-14 physics.optics
Efficient broadband sum and difference frequency generation with a single chirped quasi-phase-matching crystal
我们提出了一种有效的宽带频率产生技术,用于两个共线光学参量过程$ω_3=ω_1+ω_2$和$ω_4=ω_1-ω_2$。它利用啁啾准相位匹配光栅,在非耗尽泵浦近似制度执行人口转移,这是类似于绝热人口转移在三态"V“量子系统。输入场的能量通过晶体中的局部调制周期,取决于两个相位匹配中哪一个首先发生,而被交替地转移到$ω_3$或$ω_4$场中。通过反转本地调制扫描的方向,可以在$ω_3$和$ω_4$之间切换输出,这对应于晶体旋转角度$π$
2012-02-24 physics.optics
Directional Quasi-Phase Matching in Curved Waveguides
在不允许双折射相位匹配或周期性极化的材料中,我们建议使用波导来利用二阶非线性的张量结构,用于非线性相互作用的准相位匹配。特别是,我们集中在弯曲波导中的传播方向,电场极化和非线性之间的相互作用可以周期性地改变非线性相互作用的强度和符号,以实现准相位匹配。
2010-08-12 physics.optics quant-ph
Self-organized spatiotemporal quasi-phase-matching in microresonators
本文在硅氮化物微谐振器中通过全光极化自组织形成时空准相位匹配光栅,实现准相位匹配和多普勒频移的二次谐波产生,扩展了非线性光子学的相位匹配条件。
2024-07-22 physics.optics
Quasi-phase-matched supercontinuum-generation in photonic waveguides
在集成光子波导中产生超连续谱是一种多用途的宽带光源,产生的光谱在很大程度上取决于相位匹配条件。在这里,我们表明,通过波导结构的周期性调制的准相位匹配提供了一个有用的机制来控制超快脉冲和超连续谱的演变。我们实验证明准相位匹配的超连续TE 20和TE 00波导模式,这提高了SCG在特定光谱区域的强度高达20 dB。我们利用高阶准相位匹配(高达16阶)来增强光谱中许多位置的强度。准相位匹配为SCG波导的设计空间增加了独特的维度,允许针对特定应用设计光谱。
2017-12-07 physics.optics
Frequency-domain nonlinear optics in two-dimensionally patterned quasi-phase-matching media
超短激光脉冲的放大和操纵方面的进展导致了几个领域的革命。例子包括用于产生高峰值功率激光器的啁啾脉冲放大、功率可缩放放大技术、通过调制空间分散的激光脉冲的脉冲整形以及在准相位匹配的非线性晶体中有效混频以访问新的光谱区域。在这项工作中,我们介绍和展示了一个新的平台,非线性光学,有可能将所有这些单独的功能(脉冲放大,频率转移,脉冲整形)到一个单一的单片器件。此外,我们的方法同时提供了解决方案的性能限制的问题,在常规使用的技术,并支持缩放的功率和带宽的激光源。该方法是基于二维图案化的准相位匹配光栅相结合的光学参数的相互作用,涉及空间分散的激光脉冲。我们的原理实验证明了这种新的范例,通过中红外光参量啁啾脉冲放大的几个周期的脉冲。
2015-09-21 physics.optics
A temporal model for quasi-phase matching in high-order harmonic generation
提出了一种高次谐波产生中的准相位匹配模型。使用一维描述,我们分析了时间相关的,超快波矢量平衡计算轴上谐波输出随时间的变化,从中我们得到输出脉冲能量。考虑,作为一个例子,周期性图案化的氩气,可以提供一个网格在集群射流,我们计算的谐波输出在不同的时间间隔内的驱动激光脉冲的持续时间。我们发现,确定一个合适的单一的空间周期是不简单的,由于复杂的和超快的等离子体动力学的基础HHG在增加的强度。当选择QPM周期时,在驱动激光脉冲的前沿获得最大的轴上谐波脉冲能量,以相位匹配HHG。
2016-12-13 physics.optics
Optically reconfigurable quasi-phase-matching in silicon nitride microresonators
在集成光子学中引入有效的二阶非线性效应是一项重要的任务,其动机是实现芯片上所有可能的光学功能。这样的任务已经证明在硅光子学中特别具有挑战性,因为最适合于光子集成的材料缺乏二阶极化率($χ^{(2)}$)。在这种材料中诱导有效的$χ^{(2)}$的方法最近开辟了新的机会。在这里,我们提出了光学可重构准相位匹配的大半径Si $_3$ N $_4$微谐振器,从而在mW级的片上二次谐波产生的功率。最重要的是,我们表明,这种全光极化可以发生不受约束的模间相位匹配,导致广泛可调谐的二次谐波产生。我们确认的现象,通过双光子成像内的微谐振器的刻$χ^{(2)}$光栅结构,以及通过动态跟踪的泵和二次谐波模式的谐振。这些结果明确地建立,光电效应,负责全光极化,可以克服相位失配的限制,即使在谐振系统中,同时允许输出功率和可调谐性的组合记录。
2021-03-18 physics.optics
Large second harmonic generation enhancement in SiN waveguides by all-optically induced quasi phase matching
集成光波导具有良好的二阶非线性特性,是获得小型、低功耗光信号处理器件的关键。氮化硅(SiN)在谐振结构和利用模间相位匹配的单程器件中显示出二次谐波产生(SHG)能力,这由波导设计定义。锂酸盐允许使用周期性极化的波导补偿相位失配,然而后者不可重新配置并且仍然难以与SiN或硅(Si)电路集成。在这里,我们展示了SiN波导中SHG的全光增强超过30 dB。我们证明了瓦级激光导致波导二阶极化率的周期性修改。所得到的二阶非线性光栅具有允许泵浦模式和SH模式之间的准相位匹配(QPM)的周期性。此外,改变泵浦波长或偏振更新周期,放松由波导几何形状施加的相位匹配约束。我们表明,光栅是长期刻在波导中,我们估计的第二阶非线性的顺序为0.3 pm/V,而达到1.8x10-6 W-1 cm-2的最大转换效率(CE)。
2017-01-11 physics.optics
Nonlinear Transformation of Orbital Angular Momentum through Quasi-phase Matching
提出并研究了周期极化铌酸锂(PPLN)中光学涡旋的准相位匹配(QPM)非线性光学频率转换。拉盖尔-高斯(LG)模式被用来表示轨道角动量(OAM)状态,其特征在于与方位角和径向指数。利用耦合波方程研究了OAM模式间的典型三波非线性相互作用。与满足能量守恒和准动量守恒的普通QPM过程不同,OAM态的方位和径向指数在大多数情况下保持不变。然而,当光束的不同部分存在异步非线性转换时,观察到径向折射率的异常变化。我们还讨论了分数OAM态的QPM非线性演化,并显示出一些有趣的性质。与传统的双折射相位匹配(BPM)技术相比,QPM技术避免了不希望的走离效应,保留了高质量的LG模式。我们相信,QPM是一种有效的方式来转换,放大和切换OAM状态在各种光学涡旋相关的应用。
2013-09-07 physics.optics
Coupling quasi-phase matching: entanglement buildup in $χ^{(2)}$ nonlinear waveguide arrays
波矢准相位匹配是在20世纪60年代设计的,作为一种增强非线性相互作用的方法,有效的量子噪声压缩是一个杰出的成果。在量子技术时代,我们提出了一种新的耦合准相位匹配方法,用于在非线性波导阵列中有效地产生多模下转换量子光。我们强调这种技术实现多模量子纠缠和爱因斯坦-波多尔斯基-罗森转向建设。我们讨论了这种方法的可行性与当前的技术,并证明其作为连续变量量子信息的资源的竞争力。
2020-03-30 physics.optics quant-ph
Envelope time reversal of optical pulses following frequency conversion with accelerating quasi-phase-matching
理论上表明,在介质中使用加速时空准相位匹配(QPM)调制模式与参量光学相互作用,使得有可能产生一个时间反转的副本的泵浦脉冲包络的频率转换信号。转换取决于基波和上转换谐波之间的群速度失配,并且由QPM相位图案的加速度速率(啁啾)控制。数值模拟证实了分析结果。
2016-10-13 nlin.PS physics.optics
Efficient supercontinuum generation in quadratic nonlinear waveguides without quasi-phase matching
高效的超连续谱产生(SCG)需要在泵浦激光波长处激发孤子。二次非线性波导可以支持有效的自散焦非线性,因此可以在普通超快激光波长下直接产生孤子,而无需任何波导色散工程。在这里,我们实验证明了有效的SCG在标准的锂钛酸盐(LN)波导不使用准相位匹配(QPM)。通过使用波长在$1.25-1.5 μ\rm m$范围内的飞秒泵浦,其中LN具有正常色散,因此支持自散焦孤子,观察到倍频程跨越SCG。优化的中红外波导设计预计将支持更宽的光谱。无QPM设计降低了生产复杂性,允许使用更长的波导,限制不希望的光谱谐振,并有效地允许在QPM效率低下或不可能的情况下使用非线性晶体。这一结果对于中红外SCG是重要的,其中普通中红外非线性晶体中的无QPM自散焦波导可以直接支持中红外超快激光波长处的孤子,其中这些波导具有正常色散。
2014-12-10 physics.optics
Quasi phase matching for high order harmonic generation induced by the carrier-envelope phase
报道了一种新的准相位匹配技术,用于低密度气体中的高次谐波产生。数值模拟表明,在少光周期脉冲贝塞尔光束中,可以控制脉冲包络和相位速度,进而控制传输过程中的载波包络相位。由此产生的峰值强度的振荡允许相位匹配的高次谐波产生过程中的XUV功率谱的近二十年的增强。
2009-08-16 physics.atom-ph physics.optics
Quasi-Phase-Matching in Chiral Materials
与手性相关的二阶非线性光学系数对于手性材料的两种镜像形式(对映异构体)在符号上不同。因此,由交替堆叠的对映异构体组成的结构可以用于准相位匹配的频率转换,正如我们在这里所证明的,从Langmuir-Blodgett膜的helicenebisquinone的二次谐波产生。这样的结构可能会导致新类型的频率转换器,其中二阶非线性响应和准相位匹配都来自材料的手性,而不是其极序。PACS编号:42.65.Ky、42.70.Nq、78.66.Qn
2019-05-15 physics.chem-ph physics.optics
Quasi-phase-matched nonlinear optical frequency conversion in on-chip whispering galleries
芯片集成的回音壁谐振器实现了紧凑型和波长灵活的非线性光学频率合成器。到目前为止,最灵活的相位匹配技术,即准相位匹配,还没有应用在这种配置。其原因是在低折射率衬底上缺乏合适的具有交替晶体结构的薄膜。在这里,我们展示了一种创新的方法,实现薄膜基板适合准相位匹配的场辅助域工程的锂的钛酸盐,随后直接键合和抛光。我们能够通过使用标准的半导体制造技术来制造高Q值的片上WGR。谐振器的Q值高达一百万,这使我们能够证明准相位匹配的二次谐波产生在片上WGR的第一次。归一化转换效率为$9\times 10^{-4}\,\textrm{mW}^{-1}$。这种方法也可以推广到其他材料系统。
2018-03-28 physics.optics
Broadband sum frequency generation via chirped quasi-phase-matching
提出了一种利用两个共线光学参量过程ω3=ω1+ω2和ω4=ω1+ω3产生宽带和频的方法。该技术使用啁啾准相位匹配光栅,在非耗尽泵浦近似下,使SFG类似于量子物理中具有交叉能量的三态系统中的绝热布居转移。如果非周期极化准相位匹配的局部调制周期%首先使ω3的相位匹配发生,然后使ω4的SFG过程发生相位匹配,则能量被转换为ω4场。ω4场的有效SFG也可以通过本地调制扫描的相反方向来实现;然后ω3场的瞬态SFG被大大降低。这些特征中的大多数在耗尽泵的非线性区域中仍然有效。
2011-11-05 physics.optics quant-ph
Chirped quasi-phase-matching with Gauss sums for production of biphotons
本文研究了两种基本的准相位匹配结构:啁啾类光子晶体和非周期极化晶体中产生的线性啁啾双光子波包的理论。新颖之处在于,这些结构被认为是明确的组装的非线性层,导致详细描述的自发参量下转换(SPDC)过程,通过离散高斯和。我们证明,双光子光谱啁啾光子晶体涉及少量的层由明确的良好分辨的谱线。我们还讨论了形成的宽带频谱的信号(闲频)波在SPDC中的两种配置的层数的增加,以及在啁啾参数的依赖。
2012-05-26 physics.optics quant-ph
Orbital angular momentum light frequency conversion and interference with quasi-phase matching crystals
具有螺旋相位结构的光携带量子化的轨道角动量(OAM),在经典光学和量子光学中有着广泛的应用,如大容量光通信和量子信息处理等。频率变换是扩展基频光频率范围的基本技术。OAM携带光的频率转换产生了新的物理和应用,例如图像的上转换检测和高维OAM纠缠。准相位匹配(QPM)非线性晶体具有高的有效非线性系数和无走离效应,是频率转换的理想材料。在这里,我们报告的第一个实验二次谐波产生(SHG)的OAM光与QPM晶体,其中产生的紫外光与OAM为100。利用专门设计的干涉仪验证OAM守恒。利用携带相反符号的OAM叠加的泵浦光束,我们在SHG光中观察到有趣的干涉现象;具体地说,获得了一种光子学齿轮状结构,该结构给出了OAM守恒的直接证据,这对于超灵敏的角度测量将是非常有用的。我们还开发了一个理论来揭示现象的物理基础。本文的方法和理论分析也适用于其他频率转换过程,如和频产生和差频产生,也可以推广到单光子的量子态。
2014-05-08 physics.optics
Surface enhanced nonlinear Cherenkov radiation in one-dimensional nonlinear photonic crystal
研究了一维非线性光子晶体表面产生的有效非线性切伦科夫衍射结构,该结构是准相位匹配和晶体表面全内反射相结合的基础.实验证明了不同切伦科夫角的多方向辐射光斑,这是由不同阶的倒易矢量引起的。在特定角度下,入射光与准相位匹配的全内反射光形成完全相位匹配,谐波效率大大提高。
2016-12-16 physics.optics
Generalization of Second-Order Quasi-Phase Matching in Whispering Gallery Mode Resonators Using Berry Phase
回音壁模谐振腔的二阶非线性特性在波长转换、纠缠光子源和频率梳产生等方面有着广泛的应用。在这样的系统中,取决于在仔细检查下的材料,准相位匹配方程的推导可以导致在方位角限制顺序上的选择规则中出现额外的量子。在这里,我们表明,这些额外的量子出现由于Berry相位所经历的回音壁模式的横向自旋角动量分量在其循环的谐振器内。我们首先详细的情况下,锌的晶体材料,然后将这一理论推广到其他晶体对称性相关的集成光子学。
2020-06-23 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Metasurface-assisted phase-matching-free second harmonic generation in lithium niobate waveguides
相位匹配条件是非线性波长转换过程中的一个重要条件,它要求参与转换过程的光子动量守恒。传统上,非线性相位匹配使用双折射或周期性极化的非线性晶体来实现,这需要仔细的色散工程并且通常是窄带的。近年来,由密集排列的光学天线阵列组成的超颖表面已经被证明可以提供有效的光学动量来以任意方式弯曲光。在这里,我们证明了梯度超颖表面结构组成的相控阵天线能够规避相位匹配的要求,在片上非线性波长转换。我们实验证明了在具有梯度超颖表面图案化的薄膜锂酸盐波导中,可以在许多相干长度上产生无相位匹配的二次谐波。在宽范围的泵浦波长(1580 - 1650 nm)上观察到基于超颖表面的器件中的有效二次谐波产生(1660%W-1cm-2)。
2017-08-09 physics.optics
Wave-front engineering by Huygens-Fresnel principle for nonlinear optical interactions in domain engineered structures
讨论了非线性光学相互作用的波前工程。利用惠更斯-菲涅耳原理,我们发展了一个域工程的一般理论和技术,而常规的准相位匹配结构是其特例。通过傅立叶分析,提出了局部准相位匹配的概念,指出准相位匹配只在局部实现,而不是全局实现。二次谐波聚焦效应的实验结果与理论预测吻合较好。该方案综合了二次谐波的产生、聚焦和分束三种光学功能,使器件结构更加紧凑。该方案可用于非线性光子学中多功能光学特性的集成,并可扩展非线性光学器件的应用。
2007-06-21 physics.optics
Quasi-Phase-Matching Enabled by van der Waals Stacking
该研究利用3R相二硫化钼的范德华堆叠在纳米尺度实现准相位匹配,验证了二次谐波产生增强与更高效的纠缠光子对生成,为非线性光学和量子技术提供了新平台。
2024-11-01 physics.app-ph physics.optics
Generation of light with controllable spatial patterns via the sum frequency in quasi-phase matching crystals
具有特殊空间结构的光束,如艾里光束(AB)、贝塞尔-高斯光束(BGB)和拉盖尔-高斯光束(LGB),在许多光学领域得到了广泛的研究和应用。本文报道了在准相位匹配(QPM)晶体中利用两束高斯泵浦光和频产生具有可控空间结构的光束。通过调节泵浦频率或晶体温度,可以利用晶体相位失配周期性地控制多环形BGB、环形LGB和超高斯光束的空间结构。这种现象以前没有报道或讨论过。此外,我们提出了数值模拟的现象,这与实验观察吻合得很好。我们的研究结果提供了进一步了解SFG过程中QPM晶体,提供了一种新的方式来产生不寻常的空间结构的光,并可能会发现在激光光学,全光开关,光学操纵和捕获领域的应用。
2014-05-08 physics.optics quant-ph
Scaling native entanglement generation in layered semiconductors with quasi-phase matching
University of Vienna(维也纳大学);ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology(ICFO-光子科学研究所,巴塞罗那科学技术研究院);University of L’Aquila(拉奎拉大学);CNR-SPIN(意大利国家研究委员会自旋物理研究所);Columbia University(哥伦比亚大学)
本文提出周期性极化过渡金属二硫化物(PPTMD)结构,通过准相位匹配克服相干长度限制,在保持对称性产生的偏振纠缠保真度超过99%的同时,将光子对产生率提高数个量级。
2026-06-15 physics.optics quant-ph
Broadband Mie-driven random quasi-phase-matching
无反转对称性的高质量晶体是通过三波混频实现光学频率转换的传统平台。在大块晶体中,有效的波混合依赖于相位匹配配置,而在微米和纳米尺度上,它需要增强非线性光-物质相互作用的谐振机制。这些策略通常导致特定波长的性能和窄带应用。由光学非线性晶体的随机组装组成的无序光子材料能够在随机准相位匹配(RQPM)机制中实现宽带可调谐性,并且不需要高质量的材料。在这里,我们结合共振和无序通过实施RQPM在米氏谐振球的几个微米的钛酸钡纳米晶体的自下而上的组件实现。测得的二次谐波产生(SHG)揭示了宽带和共振波混频的组合,其中米氏共振驱动和增强SHG,而无序保持相位匹配条件放宽。这种新的相位匹配机制可以用倍频复平面中的随机游走来描述,其步长取决于微球内的局部场增强。我们的纳米晶体组件提供了在微观尺度上定制相位匹配的新机会,超出了大块晶体的相干长度。它们可以适应实现从近紫外到红外范围的频率转换,它们成本低,可扩展到大的表面积。
2020-05-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Unveiling the origins of quasi-phase matching spectral imperfections in thin-film lithium niobate frequency doublers
本文利用散射光成像无损诊断与全波导区膜厚测绘,定位5–15 mm TFLN倍频器QPM光谱缺陷来源,并数值证明膜厚变化是主因。
2023-07-13 physics.app-ph physics.optics
Modeling of Random Quasi-Phase-Matching in Birefringent Disordered Media
我们提供了一个矢量模型来模拟二次谐波产生(SHG)的双折射,透明介质中的任意配置的非线性($χ^{(2)}$)晶粒。我们将此模型应用于LiNbO $_3$和BaTiO $_3$晶粒的无序组装,以确定双折射对随机准相位匹配过程的影响。我们发现,在单分散组件,双折射放松的晶粒尺寸依赖的倍频效率。在多分散的组件与足够大的晶粒,我们发现,双折射引入的SHG效率提高高达54%相比,各向同性的参考晶体,这是晶粒尺寸无关。如果双折射晶粒可以相位匹配,这种增强随晶粒尺寸线性增加。这两种不同的标度行为在Kurtz和Perry的粉末技术中用于识别材料的相位匹配性。我们的例子表明,铌酸锂$_3$和ADP,这种技术不能应用时,晶粒变得小于相干长度,因为与晶粒尺寸的SHG缩放成为材料特定的。
2020-11-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Attosecond pulse shaping using partial phase matching
我们提出了一种可编程整形的振幅和相位的高次谐波产生的XUV和X射线阿秒脉冲的方法。它克服了现有的光谱滤波器的带宽限制,使消除固有的阿秒啁啾以及脉冲序列的合成。它基于部分相位匹配,例如准相位匹配,使用纵向可寻址调制。
2013-10-08 physics.atom-ph physics.optics
Noncollinear parametric fluorescence by chirped quasi-phase matching for monocycle temporal entanglement
由自发参量下转换(SPDC)产生的两个光子的量子纠缠可以用来探测光周期内的量子光学现象。Harris [Phys. Rev. Lett. 98,063602(2007)]建议使用由准相位匹配(QPM)器件产生的超宽参量荧光,该准相位匹配(QPM)器件的极化周期是啁啾的。在Harris的原始方案中,假设光子是共线产生的,然后通过频率滤波在空间上分离。在这里,我们也建议使用非共线生成的SPDC。在数值计算中,对于532 nm泵浦激光器,要实现1.2周期的时间相关,当非共线条件下,只有10%的啁啾器件就足够了,而在共线条件下,需要很大的啁啾(50%)器件。我们还利用超导纳米线单光子探测器和光电倍增管作为光子探测器,从10%啁啾的MgCl 2晶体中获得了倍频程(790-1610 nm)的非共线参量荧光。观察到的SPDC带宽为194 THz,这是迄今为止啁啾QPM器件实现的最大宽度。从这个实验结果来看,我们的数值分析预测,通过适当的相位补偿,双光子可以被压缩到1.2个周期。
2012-10-23 physics.optics quant-ph