光折變表面波激發(fā)及其在二次諧波產(chǎn)生中的應(yīng)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(zhì)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(zhì)近表面從而激發(fā)或增強(qiáng)各種表面非線性光學(xué)現(xiàn)象。因此,光折變表面波在光耦合、相位匹配和集成光學(xué)等方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。早在1995年G S Garcia Quirino等人就預(yù)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(kuò)散機(jī)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(jī)制、傳播穩(wěn)定性、以及其潛在應(yīng)用等問題都還需要進(jìn)一步系統(tǒng)研究。利用晶體非局域(擴(kuò)散)非線性引起的自彎曲效應(yīng)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(qiáng)的穩(wěn)定性和可控性。對光折變表面孤子的研究將進(jìn)一步促進(jìn)集成光學(xué)實(shí)用化的發(fā)展,并提供更具特色的技術(shù)。本文圍繞光折變表面波激發(fā)的相關(guān)問題作了系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)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(kuò)散漂移機(jī)制光折變表面波的產(chǎn)生機(jī)制,并對外加電場和背景光等外部條件的作用和影響進(jìn)行了深入分析。分析結(jié)果表明:外加電場處于某閾值之下時(shí),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(shí),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(shí)考慮擴(kuò)散和漂移機(jī)制,首次預(yù)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(qiáng)比

4、的關(guān)系；利用光束傳播方法(Beam Propagation Method,BPM)模擬了擴(kuò)散和漂移機(jī)制共同作用下的表面孤子傳播,為實(shí)驗(yàn)觀察表面孤子提供了有力的理論依據(jù)。
　　 (2)實(shí)驗(yàn)方面：實(shí)驗(yàn)觀察了擴(kuò)散漂移機(jī)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(kuò)散非線性引起的自偏折效應(yīng)以及局域非線性引起的自聚焦效應(yīng)的共同作用,首次在鈮酸鍶鋇(SBN)晶體表面實(shí)現(xiàn)了光折變表面孤子的激發(fā),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬結(jié)果完

5、全相符；從實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生。
　　 (3)應(yīng)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(chǔ)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(chǎn)生。通過外電場和背景光的控制,實(shí)現(xiàn)了SBN晶體表面擴(kuò)散漂移機(jī)制二次諧波的高效率激發(fā),實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)換效率高達(dá)83.4％/W,接近可以應(yīng)用的量級；通過分析擴(kuò)散機(jī)制下SBN晶體的表面波所激發(fā)表面二次諧波隨外加電