近日，我室研究生王宁宁（第一作者）和盛艳研究员（通讯作者）在期刊”Optics Letters”发表了题为”Effect of spatial variation of the duty cycle in transverse second-harmonic generation”的论文（2022，47（15）：3656-3659）.文章链接：https://doi.org/10.1364/OL.459405

       准相位匹配技术（QPM）已经被广泛的用于实现高效的光参量过程，其中介质二阶非线性系数的周期性调制用于补偿不同频率下光波之间的相位失配。在二次谐波(SHG)最简单的生成过程中，波矢量QPM的条件可写成k₂-2k₁-G=0，其中k₁，k₂分别为基波和二次谐波的波矢量，G为χ(2)周期结构的倒格矢。在最近的研究中表明，当基波垂直于χ(2)调制平面时，也可生成满足横向矢量条件的有效二次谐波。如图1.而最近对叉型χ(2)光栅进行了深入研究，它可以产生具有奇异相位结构和环形强度分布的横向二次谐波。当标准的叉型光栅与轴棱锥相结合，生成的二次谐波涡旋光直径保持不变，该直径不会受到拓扑电荷lc的影响，即所谓的完美涡旋。在前人的工作中，-χ(2)调制结构的结构参数取固定值，生成的二次谐波强度分布不均匀，如图2，

       在本项工作中，以先前弯曲叉型非线性光子结构产生的完美漩涡为例，分析了横向二次谐波强度分布不均匀的原因，并提出了该问题的解决方案，即在χ(2)非线性结构中引入幅度调制，通过改变反转χ(2)区域的宽度来实现，使其与非线性调制的局部空间周期（所谓的占空比）的比率保持恒定。实验清楚地证明了生成的理想SH涡的均匀强度分布。如图3，这项工作为实现高质量的横向二次谐波铺平了道路，并为基于谐波的非线性光子应用开辟了新的可能性。

图1 (a）叉型光栅生成二次谐波涡旋光(b)（c）（d）（d）不同宽度的弯曲叉型光栅及对应的二次谐波涡旋（f）（g）lc=20的叉型光栅及对应二次谐波涡旋

图2 固定调制线宽对应的不同拓扑电荷的叉型光栅及对应的二次谐波涡旋

图3 变化调制线宽使得完美涡旋倍频的远场能量分布均匀