[发明专利]一种基于绝热捷径的非线性光学耦合调制方法

权利要求书

1.一种基于绝热捷径的非线性光学耦合调制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)基于绝热捷径理论的频率转换中反透热项的计算；

(2)级联波长转换过程的耦合参数的调制函数的设计以及透热补偿方法；

(3)激光光源和非线性晶体的选取和调制；

(4)实现信号光向输出光转化的过程。

2.根据权利要求1所述的基于绝热捷径的非线性光学耦合调制方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体过程如下：

二次级联光学频率转换，包含两个三波混频过程，用如下动力学方程组来描述

其中A(z)＝[A₁ A₂ A₃]^T表示各个光场的振幅，其中A₁代表信号光光场，A₂代表中间光光场，A₃代表输出光光场，i代表虚数单位，z表示光在非线性晶体中的传输距离，动力学方程中的转换矩阵可表示如下

其中：

是光场j和l之间的耦合参数，

耦合参数表达式中的号代表不同的过程，其中-代表和频过程，+代表差频过程，表示对耦合参数的共轭，此处j，l取不同数值-1，2，3，则分别代表信号光场，中间光场和输出光场，χ⁽²⁾代表晶体二阶非线性系数，

A_p1代表第一个三波混频过程中泵浦光场的场振幅，A₂代表第二个三波混频过程中泵浦光场的振幅，w是光波的频率，相位失谐量为Δk_i＝k_i±k_pi-k_i+1+2π/Λ_i，(i＝1，2)，失谐量中的±号代表不同的过程，其中+代表和频过程，-代表差频过程，k_j＝w_jn(w_j)/c为波矢，c为真空中光速，n代表不同波段的光在晶体中的折射率，其中2π/Λ_i是通过准相位技术对晶体进行调制所产生的倒格矢，Λ_i为晶体调制周期，

在通过准相位匹配技术调制后，调制的晶体能完全补偿失谐，此时有Δk₁＝Δk₂＝0，目前已经提出的基于受激拉曼绝热通道的频率转换方案中晶体与光的耦合调制函数满足以下表达式

其中，k′₁₂表示基于受激拉曼绝热通道的频率转换方案中信号光和中间光的耦合强度调制规律，k′₃₂表示基于受激拉曼绝热通道的中间光和输出光的耦合强度调制规律，s₁表示第一个三波混频过程中的耦合延迟量，d₁表示第一个过程的高斯型耦合函数的跨度，s₂表示第二个三波混频过程中的耦合延迟量，d₂表示第二个过程高斯型耦合函数的跨度，在相位匹配假设下，并把中间光强初始为零作为初始条件对描述中间光的偏微分方程进行积分，并且代入二级联的动力学方程中，从而简化包含三个光场的耦合方程组到能只用包含信号光和输出光的二阶矩阵表示的动力学方程组，通过

计算反透热项，M_cd是透热项的哈密顿表示，其中|n是上述简化后耦合方程组的二阶转换矩阵的本征态，n|代表本征态的左矢量，代表对本征态求距离的偏导，∑代表对所有本征态的求和，i是虚数单位，绝热转换过程中对应的从信号光转换到输出光的反透热驱动项的哈密顿量有如下形式

中的非对角项具体表达式为

公式中符号上标的圆点表示对距离的偏导。

3.根据权利要求1所述的基于绝热捷径的非线性光学耦合调制方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体过程如下：

根据绝热捷径理论，即在系统哈密顿量添加反绝热驱动后，通过旋转变换得到另外一个相互作用表象下，设计能补偿基于受激拉曼过程频率转换过程中的透热作用的调制函数，即基于绝热捷径的调制函数如下，

其中：

代表基于绝热捷径的信号光光场和中间光光场的耦合强度变化规律；

代表基于绝热捷径的输出光光场和中间光光场的耦合强度变化规律。