利用线性光子晶体微腔实现光频转换的理论研究

光频转换技术是获取新光源的重要手段，在量子信息处理、单光子探测、生物医疗诊断、光纤通信等领域具有极为广泛的应用前景。本项目针对非线性光频转换技术的局限性，提出了一种基于线性光子晶体微腔的新型光频转换机制,利用频率位于光子晶体带隙内的泵浦光将光子晶体谐振腔模激励并耦合出来以获得新的光子频率。本项目通过建立连续光及脉冲激励下的单模/多模谐振理论，对线性光子晶体单模和多模谐振腔中的光频转换特性及其物理机制进行了研究，并在此基础上，通过对光子晶体微腔及反射腔镜的优化设计，进一步提高光频转换的质量和效率，从而对频率的上转换和下转换进行灵活精确地操控。本项目的成功实施，不仅有助于加深对光子晶体线性光频转换机制的理解，而且对于推动光频转换技术的发展具有重要的意义。

光频转换技术是获取新光源的重要手段，在量子信息处理、单光子探测、生物医疗诊断、光纤通信等领域具有极为广泛的应用前景。本项目针对现有的非线性光频转换技术的局限性，提出了一种基于线性光子晶体微腔的新型光频转换机制，利用频率位于光子晶体带隙内的泵浦光将光子晶体谐振腔模激励并耦合出来以获得新的光子频率。本项目对多模线性光子晶体微腔中的光频转换特性及其物理机制进行了研究，取得的主要成果如下：(1)建立了连续光泵浦下的多模时域耦合理论及多模谐振理论，并由此计算出透射光谱中各谐振模式成分（即多频光子）的相对强弱，发现其相对强弱取决于各腔模谐振频率与泵浦光频率的差值，并和这些差值呈平方反比关系。（2）发现了利用超短脉冲对谐振腔的预激励可有效地提高单频连续光的波长转换效率。（3）通过对光子晶体光频转换系统的优化设计，实现了较为高效的光频转换和选频输出，波长的总转换效率接近50%，且波长转换范围超过100nm，远大于采用其他线性光频转换机制（如基于微腔折射率动态调制的绝热波长转换）的结果（约为几个nm）。本项目的研究成果，不仅有助于促进光频转换理论的发展，而且在很多方面都具有潜在的应用价值。