中文摘要：

申请者以“激光与新型光子学材料相互作用及其应用”为主要研究方向，进行了创新性的研究。在基于微结构光学超晶格晶体的激光产生和控制、光电子应用以及高次谐波优化产生等方面进行了系列研究工作。由于对准相位匹配非线性光学贡献，2010年获得亚太物理协会联合会杨振宁奖；有关成果被国际著名科学新闻期刊“New Scientist”专文报道；研制的准速度匹配位相调制器打破了国外在技术及产品输出上对我国采取的限制措施，指标达到国外同类器件水平。2006年以来，主持和参加项目19项；国际会议邀请报告15次；在国际著名学术期刊上发表SCI论文84篇，其中长篇综述论文2篇；2006年以来在Opt.Lett., Opt.Expess和Appl.Phys.Lett.三本本领域刊物上发表论文26篇，SCI他引307次。被邀请担任非线性光学领域国际期刊JNOPM(SCI)的国际编委及其科学通报(SCI)、光学学报的编委。

结论摘要：

高效的光学非线性参量过程通常取决于非线性介质中的相位匹配过程。从过去的双折射位相匹配到近年的准位相匹配，研究主要集中在提高材料的非线性系数以及人工光子晶体的结构设计，例如畴反转铁电晶体。通常，畴反转晶体的畴壁只作为正负畴的界面，然而最近的研究显示，畴壁具有不同于体介质的电学性质及光学性质，需要将其作为新的光学材料来看待。铁电畴壁作为超薄的特殊光学界面，对于传播的基频光场具有定域性，即非线性响应被局域在畴壁区域，从而对于光的二阶非线性频率转换过程产生调制作用使得谐波以非线性切伦科夫辐射形式产生。我们从耦合波方程出发，详细的研究了畴壁在非线性参量过程中的作用。实验上，我们研究了畴壁上产生的二阶非线性切伦科夫辐射的特性，并将此过程推广到更高阶的级联过程，最高观察到五阶切伦科夫倍频。将畴壁的增强效应推广到非线性晶体的界面处，观察到了新的匹配形式，拓展了非线性界面的概念。研究了双折射晶体中的类反常色散情况。界面作为二维材料调制了非线性极化波的相速度，打破了切伦科夫辐射的速度阈值，在反常色散环境中观察到了非线性切伦科夫辐射。研究了简并切伦科夫辐射，观察到了非线性塔尔伯特现象，实现了畴壁无损成像。反常色散使得相位匹配过程更加丰富，在体介质中，观察到了散射辅助的锥形二次谐波。并利用界面的调制作用，得到较高的转换效率。当泵浦功率为5mW时，单次转换效率达到14.8%。我们研究在一维类反常色散中增强的二次谐波产生过程，当满足横向和纵向相位匹配时即产生非线性布拉格衍射，测量其转换效率实现两个数量级的提升。研究了多畴壁非线性切伦科夫辐射在特定条件下的相长干涉，并提出了非线性Smith-Purcell效应的概念。利用畴壁上增强的非线性响应、宽带倍频及光谱自分辨的特点，可以将畴壁切伦科夫倍频过程用于超短脉冲测量，包括自相关法和频率分辨光学开关法。能够克服传统倍频机制中相位匹配带宽和转化效率之间的矛盾，具有简单、精准、高分辨率的优点。利用畴壁增强的非线性响应还可以对铁电晶体畴壁实现实时、无损、分辨率高检测，并可以对晶体畴结构进行重建成像。