非线性光学研究新进展

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1、非线性光学研究新进展2010年2月第16卷第1期安庆师范学院(自然科学版)JournalofAnqingTeacherscoIIege(NaluralScienceEdition)Feb.2010VOI.16NO.1非线性光学研究新进展易明芳(安庆师范学院编辑部,安徽安庆246133)摘要:非线性光学的研究包括从物质与激发的相互作用的基本原理到用于光通信,医疗及生物技术的设备,元件和系统的研究.近些年来,围绕非线性光学的基础理论与应用研究主要集中源技术,光通信技术及材料的非线性调控等几个方面.在激光光源方面,强场和阿秒非线性光学

2、得到了广泛的研究,白光激光光源也得到了人们的关注;在光通信领域,通过微纳结构光波导的设计来调控其色散特性,达到信号无损传输或光路集成的应用目的;而光学非线性研究离不开材料,因此,微腔和表面等离子体调控光学非线性成为人们研究的热点.关键词:非线性光学;阿秒光学;光波导;微腔;表面等离子体中图分类号:0433文献标识码:A文章编号:1007—4260(2010)01—0050—070引言关于非线性的研究有非常久的历史,可追溯到物理学的力学(机械)系统,而光的非线性研究领域相对来说要年轻一些,它是在激光的发明以后产生的.不久,关于光与

3、物质的相互作用的研究成为一个活跃的方向,从而推动了材料科学及源技术的发展.非线性光学的传统课题涵盖了不同类型的参量过程及非参量过程,如二次谐波产生(SHG),三次谐波(THG),四波混频(FWM),双光子吸收(SA),多光子吸收(TPA),受激拉曼散射(sERs)等.现在,由于用于研究非线性现象的材料的制备技术的发展,非线性光学已经发展成为许多分支科学,同时相关领域如超快现象,光纤光学,光通讯等又促进了非线性光学的发展.非线性光学的研究包括从物质与激发的相互作用的基本原理到用于光通信,医疗及生物技术的设备,元件和系统的研究.近些

4、年来,围绕非线性光学的基础理论与应用研究主要集中在以下几个方面:源技术方面,强场和阿秒(10s)非线性光学探讨VUV(VacuumUltraviolet)光源及XUV(ex—tremeUltraviolet)激光光源.上世纪90年代光子晶体光纤的发展开辟了非线性光学,色散及非线性工程研究新的前沿领域].光子晶体光纤在频率转换应用中的优势已经被人们所认识,接下来的研究将设计具有新颖的线性或非线性特性的微结构光纤及有趣的非线性参量特性,如和频过程,多频转换过程.更重要的是在光子晶体光纤中观察超连续激发已经对非线性光学研究产生了革命性

5、的影响L1.现在,越来越多的研究小组在致力于白光激光源的的实验研究,包括自聚焦,整形,多色光控制等.在光通信领域,研究光在光波导及光纤中的光学非线性行为.非线性光学研究最近的一个主要进展是光学设备的小型化,这些光学元器件可将电磁能量局域在纳米尺度[5].近十年来,相对于传统的光学器件,如光波导,光耦合器,光子晶体技术使我们在器件的尺度上获得了至少一个量级的小型化.然而,当传统的光路小到纳米尺度时,光的传播受到衍射极限限制,微纳光波导使我们可以以一个新的方式操控光的行为,它代表了研究新奇而迷人的非线性物理和非线性光学的理想媒介5.

6、材料与技术方面,人们提出了可调非线性的概念,利用金属表面等离子激元(SP)及人工设计结构增强光学非线性,如金属介质复合结构,光子晶体,微腔等,狭缝波导,非线性腔,慢光结构及共振环有望成为这些非线性增强效应及设备的关键[30--38,50];上面提到,当器件小到一定尺度时,光的传播受到衍射极限限制,克服为一问题的办法除了光纳米线外,另一个克服衍射极限的方法就是利用表面等离子激元*收稿日期:2009—10—15作者简介:易明芳,女,安徽宣城人,安庆师范学院编辑部副编审.第l期易明芳:非线性光学研究新进展?51?的有趣特性.表面等离子

7、激元是一种(束缚)局域在具有正介电常数的介质和具有实部为负数的介电常数的媒质(金属)分界面的衰逝波.尽管这一现象早已经被人们所熟知,但这一领域又引起了人们新的兴趣,如何将电路与光学设备融合成为这一领域研究的动力.另一方面,深入研究SPPs的亚衍射成像的物理机制和金属与电介质层结构的电特性需要发展纳米尺度的成像技术L3"].非线性光学的谐波效应具有很好的成像效果和分辩率,因此,它可能推动在成像技术和光刻技术中的潜在应用,而负折射率材料对光学领域具有非常重要的影响,金属共振环成为具有这一性的代表.下面就围绕以上几个方面,讨论近些年来

8、非线性光学领域所取得的一些新的研究成果.1强场与阿秒非线性光学短脉冲激光器及可调谐激光器技术的发展使人们拥有了极高亮度和极窄线宽的相干辐射光源.这些新颖光源在工业,科技及光学领域中显示了突出的优点,有着巨大的应用前景.但存在的问题是:这些光源局限于可见和近红外波