三角點(diǎn)陣光折變光子晶格中的空間倍頻現(xiàn)象

張寶光，楊立森

（內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院內(nèi)蒙古呼和浩特 010022）

1 引言

光波在折射率周期性變化的分立系統(tǒng)（如光子晶格或波導(dǎo)陣列）中傳播時會出現(xiàn)許多在連續(xù)、均勻的體介質(zhì)中從未見到過的反常現(xiàn)象[1]。2006年楊立森等人用干涉法在自散焦光折變晶體LiNbO3:Fe中寫入光子晶格的動態(tài)過程中，發(fā)現(xiàn)了雙光束干涉條紋一分為二，四光束干涉陣列的陣列元光斑一分為四的分裂現(xiàn)象[4]，經(jīng)仔細(xì)研究得出這是一種空間頻率的倍頻現(xiàn)象，并用相位分裂的觀點(diǎn)給予了初步解釋，理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，來自YAG倍頻激光器波長為532nm的偏振光經(jīng)擴(kuò)束并準(zhǔn)直后，通過具有三個圓孔的振幅掩膜,得到三個點(diǎn)光源,經(jīng)傅立葉透鏡L1(f=450mm)聚焦在1mm厚的LiNbO3:Fe晶體中。晶體后表面的光強(qiáng)分布由透鏡L2(f=70mm)成像在CCD上，CCD輸出經(jīng)PC的屏幕直接觀察到晶體后表面的光強(qiáng)分布。在寫入過程中可以動態(tài)地觀察干涉條紋的變化過程。在L1與晶體之間加入分束器BS，擋住532nm的綠光，由He-Ne激光器出射的激光束也經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后通過BS照射到LiNbO3:Fe晶體中寫入波導(dǎo)的區(qū)域，通過波導(dǎo)的導(dǎo)向到達(dá)晶體的后表面，同樣由L2成像在CCD上，因而可以讀出在晶體中寫入的波導(dǎo)的情況。

圖1 寫入與讀出光折變波導(dǎo)陣列的實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1Setupof inducing and reading thephotorefractivephotonic waveguide

3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

在寫入的初始時刻即t=0min時，晶體中沒有波導(dǎo)，陣列元光斑也沒有明顯的變化。當(dāng)寫入10min～20min時，波導(dǎo)處于形成初始階段，陣列元光斑開始一分為三的分裂，表明二次空間諧波開始產(chǎn)生。當(dāng)寫入20min～40min時，波導(dǎo)處于形成中間階段，陣列元光斑分裂現(xiàn)象已十分明顯，表明二次空間諧波已占有相當(dāng)優(yōu)勢。當(dāng)寫入60min時，光折變現(xiàn)象達(dá)到飽和，波導(dǎo)完全形成，陣列元光斑已經(jīng)一分為三，二次空間諧波已占據(jù)主導(dǎo)地位。

4 理論分析與數(shù)值模擬

圖2 波矢的空間分布Fig.2Spatialdistribution of the wavevectors

為便于觀察計(jì)算，將三束光的波矢與波矢之和繪制成空間簡圖如圖2(a)所示，建立空間直角坐標(biāo)系并取波矢之和所在的平面為kx、ky面如圖2(b)所示。從圖2(a)得知，波矢之和 k12=k2–k1，k23=k3-k2，k31=k1-k3。再看圖2(b)，取單位波矢k的長度等于圖中正三角形的邊長，于是有：

5 結(jié)論

三光束干涉光場與三角點(diǎn)陣光折變光子晶格相互作用產(chǎn)生的空間二次諧波現(xiàn)象說明，空間倍頻現(xiàn)象不僅能在簡結(jié)構(gòu)光子晶格中產(chǎn)生而且也可以在較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光子晶格中產(chǎn)生。這一特性的發(fā)現(xiàn)對光折變光子晶格和光學(xué)微結(jié)構(gòu)的制作是非常有意義的。