近日，理學(xué)院2021級(jí)光電信息工程碩士研究生蔣奇男以第一作者在國(guó)際知名物理學(xué)期刊《APL Photonics》（中科院物理與天體物理大類(lèi)1區(qū)，影響因子：5.6）上發(fā)表高階龐加萊球光束二次諧波研究論文《Second harmonic of higher-order Poincaré sphere beam with two orthogonal 5%MgO: PPLN crystals》(DOI: 10.1063/5.0198012)，這是我校研究生首次以第一作者在物理學(xué)1區(qū)期刊發(fā)表高水平研究論文（我校第2篇物理學(xué)1區(qū)論文）。論文通訊作者為胡友友副教授，江蘇科技大學(xué)為第一署名單位。

隨著非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)光束的二次諧波（SH）已經(jīng)成為一個(gè)熱門(mén)話(huà)題，高階龐加萊球（HOPS）光束也不例外。對(duì)于HOPS光束，除了滿(mǎn)足能量和動(dòng)量守恒外，渦旋光束的SH還需要滿(mǎn)足軌道角動(dòng)量（OAM）守恒，導(dǎo)致OAM加倍。由于非線(xiàn)性晶體的線(xiàn)性偏振依賴(lài)性，矢量光束的SH存在一定的挑戰(zhàn)。盡管MgO:LiNbO3、BBO和BIBO等兩種正交非線(xiàn)性晶體的“三明治”結(jié)構(gòu)已被應(yīng)用于矢量光束的SH，但SH轉(zhuǎn)換效率從0.38%降低到2.4%。此外，HOPS光束的SH，特別是橢圓偏振的圓柱矢量光束（EPCVBs）和圓偏振渦旋光束，還沒(méi)有得到系統(tǒng)的研究和報(bào)道。

圖1. （a）兩個(gè)正交放置的5%MgO:PPLN晶體的“三明治”結(jié)構(gòu)（b） HOPS及其表面偏振態(tài)。

圖2. HOPS光束二次諧波實(shí)驗(yàn)裝置圖

該論文采用兩個(gè)正交的5%MgO:PPLN晶體進(jìn)行了HOPS的SH演示?；跍?zhǔn)相位匹配（QPM）技術(shù)，推導(dǎo)了矢量耦合波方程，以模擬HOPS光束通過(guò)兩種晶體的SH，包括圓柱形矢量光束（CVBs）、EPCVBs和圓偏振渦旋光束。然后，建立了實(shí)驗(yàn)裝置，揭示了CVBs和EPCVBs的SH呈現(xiàn)四葉形結(jié)構(gòu)，并且表現(xiàn)出矢量特征。而圓偏振渦旋光束變?yōu)橥負(fù)浜蓴?shù)為兩倍的135°線(xiàn)偏振渦旋光束，并證實(shí)了OAM守恒。此外，CVB、EPCVBs和圓偏振渦旋光束的最大SH轉(zhuǎn)換效率分別可達(dá)25.3%、23.4%和29.4%，這可能對(duì)高效促進(jìn)矢量渦旋光束的SH生成具有指導(dǎo)意義。

圖3. HOPS光束二次諧波的光強(qiáng)和偏振分布

     圖4.（a）FF光束和SH光束的輸出光譜（b）SH功率曲線(xiàn)

相關(guān)工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金，江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，溫州市重大科技創(chuàng)新攻關(guān)項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0198012

 （撰稿：胡友友 初審：程鵬 二審：程珉 三審：周春燕 編輯：程鵬）