论文总字数：20062字

摘 要

转换效率一直是非线性光学频率转换过程中的重点课题。二维光学超晶格在其传播方向上难以建立合适的相位匹配机制，因此本文提出准三维光学超晶格模型，通过反射相位匹配解决传播方向上的相位失配问题。

本文首先对非线性光学的研究重点、研究状况进行了介绍，并讲解了非线性光学的耦合波方程和位相匹配原理，以及非线性光学材料发展；接着对多种相位匹配技术进行说明，并且着重对全反射相位匹配技术进行了深入的理解分析；然后利用matlab虚拟平台，将全反射相位匹配技术进行推广，研究广义的反射相位匹配技术中各参数（反射次数、反射率、相移等）对转换效率的影响，通过设计程序输入数据进行理论计算，并且分析结果；最后在反射相位匹配技术的基础上建立“2 1”型准三维光学超晶格结构模型，为解决二维光学超晶格的相位匹配问题提供了可行方案。

关键词：非线性光学 光学超晶格 反射相位匹配 准三维模型 Matlab数值计算

Abstract

Conversion efficiency has always been a key issue in the process of nonlinear optical frequency conversion. It is difficult to establish a proper phase matching mechanism in the propagation direction of two-dimensional optical superlattices. Therefore, a quasi three-dimensional optical superlattice model is proposed to solve the phase mismatch in the propagation direction through reflection phase matching. Firstly, this paper introduces the research focus and research status of nonlinear optics, and explains the coupled wave equation and phase matching principle of nonlinear optics, as well as the development of nonlinear optical materials; secondly, it explains a variety of phase matching technologies, and focuses on the in-depth understanding and analysis of the total reflection phase matching technology; then, it uses MATLAB virtual platform to realize the total reflection phase matching technology In order to solve the problem of two-dimensional light, a quasi-three-dimensional optical superlattice structure model of "2 1" type is established based on the reflection phase matching technology, and the influence of parameters (reflection times, reflectivity, phase shift, etc.) on the conversion efficiency is studied A feasible scheme is provided for the phase matching of superlattices.

Key words: nonlinearoptical;superlattice;total reflection phase matching;quasi three dimensional model; Matlab numerical calculation.

目 录

摘要2

Abstract 3

第一章 绪论6

1.1 关于非线性光学的部分介绍6

1.1.1 耦合波方程6

1.1.2 非线性光学介质中的位相匹配9

1.1.3 新型非线性光学材料的发展13

1.2 光学超晶格14

1.2.1光学超晶格的研究14

1.2.2超晶格材料的制备方法15

第二章 相位匹配技术16

2.1准相位匹配技术16

2.2 周期全反射结构实现准相位匹配17

2.3 全反射的误差分析18

2.3.1 基频光反射系数18

2.3.2 基频光偏振方向19

2.3.3 关于周期的误差分析20

2.3.4周期全反射的改进23

2.4 介质材料的选择25

第三章 准三维光学超晶格计算与结果27

3.1反射损耗对倍频增益的研究27

3.2 倍频增益与反射损耗的竞争问题29

3.3 输出场强与相移的关系30

第四章 准三维光学超晶格结果分析与模型构建31

4.1结果分析31

4.2模型构建31

第五章 总结展望33

致谢34

参考文献35

第一章 绪论

1.1 关于非线性光学的部分介绍

1.1.1耦合波方程

非线性频率的转换是到目前为止实用性最强和吸引研究者们最多的非线性光学研究方向之一。它利用高效的倍频，晶体三阶非线性引起的四波混频效应[1,2,3]能够扩大相干光源的频率范围。用差频效应实现光学参量震荡和放大，[4,5,6,7,8]在红外或者太赫兹波段[9,10]相干辐射；纠缠光子对是量子光学的基础[11]，高次谐波效应[12,13]是目前产生极紫外极软x射线波段相干光源最主要的方法之一。

从含有非线性极化矢量的波动方程，即下式方程（1.1）：

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