基于局域相位匹配理论的光学超晶格新物理、新效应的研究

本项目拟对光学超晶格局域相位匹配理论及其导致的新型非线性光学效应进行研究。局域相位匹配是一种全新的相位匹配理论，与传统倒格矢匹配理论相比，具有高设计自由度、高匹配能力、可对复杂过程实现完全匹配等特点。在本项目的前期工作中，我们已经提出了局域匹配的基本理论。本项目将在此基础上，对局域匹配理论展开深入的研究。同时完善相应的超晶格结构设计方法，探索其中可能存在的新效应，并针对局域匹配过程的特点发展相应的高效数值计算方法，实现理论和数值计算的相互验证。力求通过本项目的研究，形成一个比较完整、系统的新型相位匹配理论体系。

本项目对光学超晶格中的局域相位匹配理论及其相关新型非线性光学效应进行了理论和实验研究。在局域匹配基本理论，光学超晶格中的新物理、新效应探索以及相关数值计算方法研究等方面取得了一系列进展。局域相位匹配是一种全新的相位匹配理论，与传统倒格矢匹配理论相比具有更高的自由度和匹配能力，可对一些复杂非线性光学过程实现完全匹配，在以Airy光束为代表的特殊光束的非线性产生以及非线性波束整形等方面具有广泛的应用前景。通过将线性光学中的全息理论与局域匹配原理相结合，我们提出了非线性体全息理论。根据该理论，光学超晶格中的非线性过程中可看作一种全息成像过程，我们利用此原理成功实现了Airy光束的非线性产生。我们对光学超晶格中的级联三倍频过程进行了系统研究，发现在考虑偏振的情况下所有级联三倍频过程可分为三大类24种。通过对由type-II和type-I过程级联而成的三倍频过程进行理论研究，我们发现在该过程中存在一个额外的自由度，可用于控制三次谐波的转换效率，在该过程中还发现了一种奇特的QPM"相变"效应。我们还对Airy光束的传播性质进行了理论研究，并对有限宽Airy光束的若干基本性质进行了澄清。