伟德国际1946官方网研究生首次發表物理學1區高水平研究論文
近日，伟德国际1946官方网應用光學研究中心胡友友副教授團隊在高階龐加萊球光束二次諧波方面取得研究進展，在國際知名物理學期刊《APL Photonics》（中科院物理大類1區，影響因子：5.6）上發表研究論文《Second harmonic of higher-order Poincaré sphere beam with two orthogonal 5%MgO: PPLN crystals》(DOI:10.1063/5.0198012)，這是我校研究生首次在物理學1區期刊發表高水平研究論文（我校第2篇物理學1區論文）。論文第一作者為2021級碩士研究生蔣奇男，通訊作者為胡友友副教授，伟德国际1946官方网為第一署名單位。
随着非線性光學的發展，結構光束的二次諧波（SH）已經成為一個熱門話題，高階龐加萊球（HOPS）光束也不例外。對于HOPS光束，除了滿足能量和動量守恒外，渦旋光束的SH還需要滿足軌道角動量（OAM）守恒，導緻OAM加倍。由于非線性晶體的線性偏振依賴性，矢量光束的SH存在一定的挑戰。盡管MgO:LiNbO3、BBO和BIBO等兩種正交非線性晶體的“三明治”結構已被應用于矢量光束的SH，但SH轉換效率從0.38%降低到2.4%。此外，HOPS光束的SH，特别是橢圓偏振的圓柱矢量光束（EPCVBs）和圓偏振渦旋光束，還沒有得到系統的研究和報道。
圖1. （a）兩個正交放置的5%MgO:PPLN晶體的“三明治”結構（b）HOPS及其表面偏振态。
圖2. HOPS光束二次諧波實驗裝置圖
該論文采用兩個正交的5%MgO:PPLN晶體進行了HOPS的SH演示。基于準相位匹配（QPM）技術，推導了矢量耦合波方程，以模拟HOPS光束通過兩種晶體的SH，包括圓柱形矢量光束（CVBs）、EPCVBs和圓偏振渦旋光束。然後，建立了實驗裝置，揭示了CVBs和EPCVBs的SH呈現四葉形結構，并且表現出矢量特征。而圓偏振渦旋光束變為拓撲荷數為兩倍的135°線偏振渦旋光束，并證實了OAM守恒。此外，CVB、EPCVBs和圓偏振渦旋光束的最大SH轉換效率分别可達25.3%、23.4%和29.4%，這可能對高效促進矢量渦旋光束的SH生成具有指導意義。
圖3. HOPS光束二次諧波的光強和偏振分布
圖4.（a）FF光束和SH光束的輸出光譜（b）SH功率曲線
相關工作受到國家自然科學基金，江蘇省重點研發計劃，溫州市重大科技創新攻關項目等項目資助。
論文鍊接：https://doi.org/10.1063/5.0198012