第三谐波生成的准相位匹配光子晶体中的涡旋脉冲

我们报告在三维光子晶体中实现稳定的复合型涡旋脉冲，该晶体通过准相位匹配的二次非线性产生第三谐波 (TH)。光子晶体在 $(x, y)$ 平面上采用棋盘结构设计，二阶非线性介数 $d(z)$ 沿传播方向被调制为两个不同周期的矩形链。该结构可通过现有技术制造。复合型涡旋脉冲由基频 (FF)、第二谐波 (SH) 和 TH 组成，呈现对应的涡旋拓扑电荷 $s=1$、二极化 $s=2$ 和反涡旋结构 $s=-1$ 的空间图案。脉冲轮廓呈菱形或方形图案，对应相位匹配条件 $\varphi=0$ 或 $\pi$，其中菱形脉冲具有更广的稳定区域。从实验可行性来看，菱形和方形形状的复合型涡旋脉冲可在光子晶体中传播约 1 米的距离。具有 $s=\mp 1$ 的 TH 分量通过级联非线性相互作用产生，起始于 $s=\pm 1$ 的 FF 涡旋分量，经过 $s=2$ 的二极化 SH 分量。上述发现为在非线性光学中创建和控制稳定涡旋脉冲提供了新方法。