桂纶镁

三维NPC首次应用于高效非线性全息成像

发布(bu)时间:2020-07-02

中国科学(xue)(xue)技术大(da)学(xue)(xue)工(gong)程科学(xue)(xue)学(xue)(xue)院(yuan)微纳米(mi)工(gong)程实验室(shi)吴东(dong)教(jiao)授、褚家如教(jiao)授课题组和南(nan)京大(da)学(xue)(xue)固体微结构国家重点实验室(shi)张勇教(jiao)授、肖敏教(jiao)授、祝世(shi)宁院(yuan)士课题组合作,利用飞秒激光(guang)加(jia)工(gong)技术,在铌酸锂(LiNbO3)晶(jing)体中首次(ci)成(cheng)功制备(bei)三(san)维非线性光子晶(jing)体(Nonlinear Photonic Crystal,简称 NPC,并验(yan)证了三维空间准相(xiang)位(wei)匹配,解决了制备三维NPC的技术瓶颈。近日,他(ta)们又首(shou)次将三维(wei)NPC应(ying)用(yong)于高效非线性全息成像并实现了(le)多(duo)路(lu)复用。该(gai)成果为三(san)维非线性光子晶体(ti)(ti)在光通讯,高维纠缠源等领(ling)域的(de)应用奠定(ding)了(le)基础。相(xiang)关工作以Quasi-phase-matching-division multiplexing holography in a three-dimensional nonlinear photonic crystal”为题发表(biao)在Light: Science & application上。

 

1 3D NPC的(de)设计

通过(guo)对(dui)三(san)维非线(xian)性光(guang)(guang)子晶体结构设计,在倒(dao)空(kong)间(jian)中存储多幅(fu)全息图像,并通过(guo)调谐波长的(de)(de)方(fang)式选择不同位(wei)置的(de)(de)倒(dao)格矢参与准(zhun)相(xiang)位(wei)匹配(pei)(pei),实(shi)验(yan)演示了基于(yu)准(zhun)相(xiang)位(wei)匹配(pei)(pei)的(de)(de)全息复用(yong)技术(shu)。三(san)维非线(xian)性光(guang)(guang)子晶体结构通过(guo)三(san)维迭(die)代傅里叶(ye)变换算法(fa)设计,对(dui)于(yu)给定三(san)维倒(dao)格矢分布(bu)可以(yi)计算得到实(shi)空(kong)间(jian)三(san)维相(xiang)位(wei)全息图,然后通过(guo)迂回相(xiang)位(wei)编码的(de)(de)方(fang)法(fa),利用(yong)飞秒激光(guang)(guang)直(zhi)写技术(shu)加工三(san)维非线(xian)性光(guang)(guang)子晶体结构以上(shang)工作在工程与材料科学实验中心微系(xi)统平台(tai)完成。基于三维非线(xian)性(xing)光子(zi)晶体的准相位匹配全息复用能够提高非线(xian)性(xing)全息的存储(chu)容量和安全性(xing),同时增强非线(xian)性(xing)频率(lv)转换效率(lv)。

 

图(tu)2 三波(bo)长(zhang)全息复用实验展示

三(san)维NPC高效的(de)非(fei)线性全息成像展(zhan)现其非线性光波的精确三维操纵(zong)的功能,可以(yi)进一步扩展(zhan)至高维光子纠缠态的产生等(deng)。不仅如此,百(bai)微(wei)米尺寸的三维NPC同时具有频率转换和光(guang)场调(diao)控功(gong)能,也将是(shi)光(guang)子芯片上集成光(guang)源的最佳选择之一。

陈鹏程(cheng)博士(shi)、汪(wang)超炜博士(shi)、魏敦钊(zhao)副(fu)教授(shou)和胡衍雷副(fu)教授(shou)为共(gong)同第一(yi)作(zuo)(zuo)者,通(tong)讯作(zuo)(zuo)者为吴东(dong)教授(shou),张勇教授(shou),和肖敏教授(shou)。该项研究工作(zuo)(zuo)得到了科(ke)技部国家重点研发计划(hua)、国家自(zi)然科(ke)学基金、固(gu)体微结构物理国家重点实(shi)验室(shi)和人工微结构科(ke)学与技术协同创新中(zhong)心的支(zhi)持,感(gan)谢工程(cheng)与材料科(ke)学实(shi)验中(zhong)心微系统平台(tai)提供飞秒激(ji)光三维非(fei)线性(xing)光子晶体加工帮助(zhu)。


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