各向异性光学晶体中非共线宽带高阶倍频及广义琼斯矩阵方法

• 作 者: 宋东升
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 宽带高阶倍频 非共线相位匹配 广义琼斯矩阵

各向异性光学晶体自从激光问世以来,在生产生活中发挥了巨大的作用。本文主要研究了各向异性光学晶体的两个应用。第一部分主要研究利用合适的晶体以实现大带宽(角度带宽和波长带宽)的非共线四倍频、五倍频。宽带高效四倍频激光不仅可以用来作为物理探针光,还可能取代激光惯性约束核聚变中的三倍频光,因为更短的波长能增加能量吸收,减少激光与等离子体的不稳定性,减少受激布里渊散射和受激拉曼散射。然而,四倍频光由于更强的色散只能支持比较窄的带宽,这给四倍频应用于现在的光谱色散匀滑技术增加了困难。同时,由于超高的光强可能对聚焦透镜造成损伤,陈静等人对此提出了预聚焦系统。因此,有必要研究基础的理论,并发展关键的技术使四倍频得到有效的应用。针对此目标,本文第三章在阐述了非共线相位匹配的基本原理之后,以KDP晶体为例,计算了非共线相位匹配的相位匹配角,在此基础上,计算了每一组相位匹配角的有效非线性系数。然后,针对两种匹配类型,分别计算了在两种预聚焦构型下,每一组相位匹配角的角度带宽和波长带宽,得到最大的带宽。最后,将此种方法拓展到了所有非线性晶体中,以找到最合适的晶体。第二部分主要针对一种新的描述完全偏振光在各向异性晶体中传播的方法——广义琼斯矩阵方法。在简单介绍由Noe Ortega-Quijano等人建立的广义琼斯矩阵方法之后,数值计算分析了此方法的应用范围,从结果指出此方法只能用来描述光束垂直于光轴的情形,而不能描述光束与光轴成其他任意角度的情形。为此,提出了本征广义琼斯矩阵方法,以拓展至以上两种情况。计算结果显示,本征广义琼斯矩阵方法能够描述光束与光轴成任意角度的情况。此方法有可能用来模拟中微子振荡,即用某一正交偏振态表示中微子质量本征态,用另一正交偏振态表示中微子味本征态,用经过非线性晶体的光束的偏振态的几率模拟中微子振荡几率。另一应用是矢量光束的生成。非线性晶体中的光的传输由于本征折射率的不同,会产生相位差,调整输入光束的截面强度分布和相位,就得到矢量光束。