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数理科学学院研究生王念牧在AIP Advances发表论文

阅读次数:     发布时间:2021-05-24

向日葵结构作为天然的二维结构,自诞生以来就受到了广泛的关注。它所具有的螺旋几何是物理系统中常见的数学模型,在动植物形态研究中起着重要作用。类似的螺旋几何结构也受到学术界的青睐,如芦荟螺旋的叶序和鹦鹉螺壳的对数生长螺旋。螺旋结构是长程有序系统中既缺乏平移对称性又缺乏旋转对称性的有趣案例。特别是,它们的空间傅里叶变换并没有表现出明确的衍射峰,而是呈现出一种持续扩散的环状特性。这些螺旋结构通常是非周期的,具有多波长或宽带应用的潜力。1979年,德国数学家Helmut Vogel提出了一种密堆积型的向日葵螺旋阵列[H. Vogel, Math. Biosci. 44, 179–182 (1979)]。目前,对这一螺旋阵列的广泛研究已被应用于光子晶体的设计中,以研究Vogel向日葵螺旋非线性光子晶体的偏振和色散特性、线性和非线性自旋轨道耦合以及Cherenkov二次谐波(SHG)的宽带增强。

最近,我院璜塃教师课题组利用切割投影方式将二维的Vogel向日葵螺旋向一维空间投影,通过调整结构参数设计形成一维的非线性光子晶体结构,在保留原二维结构宽带特性的同时,大幅提升傅里叶系数从而扩展其在非线性宽带频率转换过程中的应用。研究结果表明,这种一维结构在预设的中心波长λ0 = 1.4 μm附近发现了可行的倒格矢带,其峰值傅里叶系数可以是原来二维结构的5-7倍。在此基础上,针对这一投影结构,进一步研究了不同反转比样品的宽带准相位匹配(QPM)二次谐波的产生(SHG)。结果表明,投影结构具有大带宽以及高倍频转换效率的特性,其最大带宽可达90 nm,最高转换效率可达58%,是集成宽带可调谐激光器的理想备选方案。

                                             

相关工作以“Broadband second harmonic generation in aperiodic nonlinear photonic crystals: 1D projection from 2D Vogel sunflower spiral array”为题发表于AIP Advances [2021, 11(5): 055219]。硕士研究生王念牧为该文的第一作者,璜塃教师为文章的通讯作者。

文章链接:https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0052800