适于获得多色多光子纠缠的非线性光学结构设计与实验研究

准相位匹配技术通过调节晶体非线性系数的空间分布，利用晶体倒格矢弥补相位失配，可以提高非线性过程的转换效率。非周期结构中具有丰富倒格矢，合适的晶格结构能同时满足多重准相位匹配，从而利用单块晶体可以有效实现多个参量过程。因此，本项目将从理论和实验两方面对非周期光学结构进行深入研究，理论上采用模拟退火等算法，针对具体的多个参量过程，设计具备多重准相位匹配的非周期晶格结构；利用非线性传输矩阵，结合迭代技术，对所设计结构中的非线性过程进行精确模拟，分析所设计结构的有效性，进一步选取最优结构参数。实验上通过外加电场极化法，利用铌酸锂晶体制备相应的晶格结构，测量单块晶体中多个非线性过程的产生情况。设计时，通过选择合适非线性过程进行级联或者并行，获得适合产生多色多光子纠缠的非线性晶体结构。项目研究成果在量子信息领域及激光频率变换领域有重要的应用前景。

准相位匹配技术通过调节晶体非线性系数的空间分布，利用晶体倒格矢弥补相位失配，可以提高非线性过程的转换效率。非周期结构中具有丰富倒格矢，合适的晶格结构能同时满足多重准相位匹配，从而利用单块晶体可以有效实现多个参量过程。因此，本项目将从理论和实验两方面对非周期光学结构进行深入研究。对非周期晶体结构的设计,一种是采用遗传算法等优化算法，选取几个非线性过程进行级联或者并行，获得适合多波长输出的非线性晶体结构。还提出了另一种设计结构的方法，用该方法得到了多个和频过程同时发生的非周期结构，并且获得了效率不等的目标光谱。对非线性过程的理论分析,我们利用了非线性传输矩阵，结合迭代技术，对所设计结构中的非线性过程可以进行精确模拟；提出了可以在高泵浦损耗下对独立过程、或者多个耦合的二阶非线性过程进行精确分析的理论；发展了一种简单的方法来分析高泵浦损耗下的倍频产生,并用提出的理论设计非周期结构；评估所设计结构的有效性，进一步选取最优结构参数。实验制备样品，通过外加电场极化法，利用铌酸锂晶体制备相应的晶格结构。除了电场极化实现铁电畴反转外，还研究了高温钛扩散过程及热处理过程引起的铁电畴的反转及擦除。测量单块晶体中多个非线性过程的产生情况。项目研究成果在激光频率变换领域及量子信息领域有重要的应用前景。