基于光学超晶格的偏振无关频变器件的理论和实验研究

基于位相匹配的非线性频率变换需要输入光波具有确定的偏振状态，否则会影响转换效率甚至得不到有效的转换。然而，确定偏振态的光波在某些应用中很难甚至无法得到，例如量子光学研究中需要的偏振纠缠对的单光子偏振态在测量前是无法确定的。基于光学超晶格的偏振无关频变器件具有小型化、模块化、稳定性和效率高的优点，符合未来大规模量子网络和量子计算的要求。本项目拟利用光学超晶格，发挥其作为人工微结构材料的灵活性，基于多重位相匹配原理，在一块超晶格中实现正交偏振态频率转换过程的集成，制备出有应用价值的偏振无关频变器件，并研究其在光纤激光器、光纤激光传输系统和量子光学中的应用。

本项目基于光学超晶格的多重位相匹配原理，提出了偏振无关频变器件构成原理，通过理论计算与数值模拟，对多种频率变换过程，包括和频、差频、光参量放大等过程进行了分析，提出了级联和啁啾双周期结构超晶格用于偏振无关频变器件的构成方法。制备了三种偏振无关频变器件，搭建了偏振无关器件的实验系统，通过倍频、和频和差频三种过程对上述理论进行了实验验证。