准相位匹配

非线性光学频率转换的技术

准相位匹配（Quasi-phase-matching）是非线性光学频率转换的一种重要技术，其思想最早由J. Armstrong等人于1962年提出，V. Berger于1998年将它推广到二维结构，并提出非线性光子晶体的概念。非线性频率转化中要求动量守恒，在普通非线性晶体中由于色散的存在较难实现，特别是同时多个非线性相互作用的，而非线性周期性结构提供的倒格矢则能较容易地实现相位匹配。通过在非线性介质中构造周期性的结构（非线性光子晶体），它能有效的实现非线性频率转化。相对通常的完美相位匹配（温度匹配，角度匹配），这种方法称为准相位匹配，它能更容易利用较大的非线性系数。因此，现在这种技术已广泛应用于非线性光学领域，并且实现了一些普通晶体中难以做到的现象。

简介

准相位匹配需要在非线性光子晶体中实现，在非线性光学发展初期，这种技术主要停留在理论阶段。20世纪90年代，随着非线性晶体生长和极化技术的提高，非线性光子晶体的制作得到极大发展。1993年，Yamada等人首次利用电极化反转的方法制作出光学超晶格；1995年，M. Fejer等人制作出大块周期性极化铌酸锂（periodically poled lithium niobate, PPLN）; 1997年，闵乃本等人（N.B. Minget al.）制作出准周期极化光学超晶格，并用首次利用单束光单块晶体实现了三倍频绿光的产生；1999年，N. Broderick等人制作出第一个二维非线性光子晶体，并验证了非线性布拉格衍射。现在，非线性光子晶体中的准相位匹配技术已广泛应用于二次，三次和高次谐波的产生，波长转换，参量转换等过程。

非线性光学

非线性光学主要用来研究非线性的光学现象和理论。

介质产生的极化强度决定于入射光的电场强度，其作用可用多项式展开成多阶形式.在通常的弱光条件下，高阶项因为系数很小而可以忽略，此时可近似看成一种线性关系。但是在强激光场作用下（通常在108V/m左右，由激光脉冲提供），极化强度的高阶项强度不可被忽略，非线性作用出现，从而可以实现光和光之间的相互作用。入射光的强度越高，高阶非线性效应越明显。非线性光学直到激光出现后，人们对二次谐波产生的发现才发展起来。

非线性光学包括光学倍频、混频、参量振荡、克尔效应、光孤子等现象。利用强度极高的飞秒激光可以产生高达上百倍的倍频效应，可以用来产生深紫外光和软 X 射线。常用于产生非线性效应的物质有铌酸锂、钽酸锂、磷酸氧钛钾（KTP）、磷酸二氢钾（KDP）、偏硼酸钡（BBO）等晶体（具有高的2阶非线性系数）及稀有气体（主要用于产生高阶非线性效应）。光参量振荡（OPO）是目前产生大范围连续可调波长(波长从红外到可见光甚至紫外光)激光的唯一方法。

布拉格定律

在物理学中，布拉格定律给出晶格的相干及不相干散射角度。当X射线入射于原子时，跟任何电磁波一样，它们会使电子云移动。电荷的运动把波动以同样的频率再发射出去（会因其他各种效应而变得有点模糊）；这种现象叫瑞利散射（或弹性散射）。散射出来的波可以再相互散射，但这种进级散射在这里是可以忽略的。当中子波与原子核或不成对电子的相干自旋进行相互作用时，会发生一种与上述电磁波相近的过程。这些被重新发射出来的波来相互干涉，可能是相长的，也可能是相消的（重叠的波某程度上会加起来产生更强的波峰，或相互消抵），在探测器或底片上产生衍射图样。而所产生的波干涉图样就是衍射分析的基本部分。这种解析叫布拉格衍射。

布拉格衍射（又称X射线衍射的布拉格形式），最早由威廉·劳伦斯·布拉格及威廉·亨利·布拉格于1913年提出，他们早前发现了固体在反射X射线后产生的晶体线（与其他物态不同，例如液体），而这项定律正好解释了这样一种效应。他们发现，这些晶体在特定的波长及入射角时，反射出来的辐射会形成集中的波峰（叫布拉格尖峰）。布拉格衍射这个概念同样适用于中子衍射及电子衍射。中子及X射线的波长都于原子间距离(~150pm)相若，因此它们很适合在这种长度作“探针”之用。

重要成果

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