负折射率材料中二次谐波转换效率的理论分析

周城; 高艳侠; 王培吉; 张仲; 李萍

doi:10.7498/aps.58.914

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负折射率材料中二次谐波转换效率的理论分析

周城 , 高艳侠 , 王培吉 , 张仲 , 李萍

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唯象论的经典领域

负折射率材料中二次谐波转换效率的理论分析

周城, 高艳侠, 王培吉, 张仲, 李萍

物理学报, 2009, 58(2): 914-918.

doi: 10.7498/aps.58.914

Theoretical analysis of second-harmonic conversion efficiency in negative-index materials

Zhou Cheng, Gao Yan-Xia, Wang Pei-Ji, Zhang Zhong, Li Ping

Acta Phys. Sin., 2009, 58(2): 914-918.

doi: 10.7498/aps.58.914

摘要
研究了二次谐波是负折射率而基频光是正折射率材料中，在考虑吸收系数、走离效应和相位失配的情况下，推导出平面波振幅缓变近似下，二次谐波的耦合波方程.根据该方程在基频光小信号近似下推导出二次谐波转换效率表达式.最后采用数值计算的方法分别研究了相位失配量Δk、走离角ρ和二次谐波的吸收系数α对转换效率的影响.结果表明，由于相位失配量的存在二次谐波的转换效率随负折射率材料长度的变化存在极大值，即负折射率材料长度存在最佳值，并且随着长度的增加，转换效率呈明显的周期性振荡并且极大

关键词:
负折射率材料 /

二次谐波 /

转换效率 /

相位匹配
Abstract
For negative-index materials(NIM) of second-harmonic wave(SHW) and positive-index materials of fundamental frequency wave(FFW)，the equations of the coupled wave was deduced，taking account of absorption coefficient，walk-off effect，phase mismatching capacity and the approximation of slow-varying amplitudes of the plane wave. On the basis of the equations，a formulation of SHW conversion efficiency was obtained in condition of small signal approximation for FFW. Through numerical simulation, the effects of phase mismatching capacity，walk-off angle and absorption coefficient of SHW on the conversion efficiency of SHW were scrutinized respectively. The maximum conversion efficiency of SHW was realized via increasing the length of NIM，that is，there exists an optimum length of NIM; however, the conversion efficiency of SHW shows an evidencet periodic evolution and the maximum conversion efficiency always diminishes. The conversion efficiency decreases with the increases of the phase mismatching capacity and the absorption coefficient. The influence of walk-off effect is not evident so that it may be neglected with respect to the conversion efficiency of SHW. This study provides a basis for investigating nonlinear theory of negative-index materials.

Keywords:
negative-index material /

second-harmonic wave /

conversion efficiency /

phase matching
作者及机构信息
周城¹,

高艳侠²,

王培吉¹,

张仲¹,

李萍¹

(1)济南大学理学院，济南 250022; (2)山东财政学院统计与数理学院，济南 250014

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60471042)资助的课题.
Authors and contacts
Zhou Cheng¹,

Gao Yan-Xia²,

Wang Pei-Ji¹,

Zhang Zhong¹,

Li Ping¹

(1)济南大学理学院，济南 250022; (2)山东财政学院统计与数理学院，济南 250014
参考文献

施引文献

[1]	覃赵福, 陈浩, 胡涛政, 陈卓, 王振林. 基于导波驱动相变材料超构表面的基波及二次谐波聚焦. 物理学报, 2022, 71(3): 034208. doi: 10.7498/aps.71.20211596
[2]	张晓莉, 王庆伟, 姚文秀, 史少平, 郑立昂, 田龙, 王雅君, 陈力荣, 李卫, 郑耀辉. 热透镜效应对半整块腔型中二次谐波过程的影响. 物理学报, 2022, 71(18): 184203. doi: 10.7498/aps.71.20220575
[3]	张萌徕, 覃赵福, 陈卓. 基于开口环阵列结构的表面晶格共振产生及二次谐波增强. 物理学报, 2021, 70(5): 054206. doi: 10.7498/aps.70.20201424
[4]	覃赵福, 陈浩, 胡涛政, 陈卓, 王振林. 基于导波驱动相变材料超构表面的基波及二次谐波聚焦. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211596
[5]	范鑫, 梁红静, 单立宇, 闫博, 高庆华, 马日, 丁大军. 基于高次谐波产生的极紫外偏振涡旋光. 物理学报, 2020, 69(4): 044203. doi: 10.7498/aps.69.20190834
[6]	曾周晓松, 王笑, 潘安练. 二维过渡金属硫化物二次谐波: 材料表征、信号调控及增强. 物理学报, 2020, 69(18): 184210. doi: 10.7498/aps.69.20200452
[7]	滕欢, 柴路, 王清月, 胡明列. 高非线性光子晶体光纤中优化产生宽带紫外三次谐波. 物理学报, 2017, 66(4): 044205. doi: 10.7498/aps.66.044205
[8]	李建设, 李曙光, 赵原源, 刘强, 范振凯, 王光耀. 在单零色散微结构光纤中一次抽运同时发生两组四波混频的实验观察. 物理学报, 2016, 65(21): 214201. doi: 10.7498/aps.65.214201
[9]	张孔, 白建东, 何军, 王军民. 激光线宽对单次通过PPMgO:LN晶体倍频效率的影响. 物理学报, 2016, 65(7): 074207. doi: 10.7498/aps.65.074207
[10]	戴玉蓉, 丁德胜. 小瓣数贝塞尔声束的二次谐波. 物理学报, 2011, 60(12): 124302. doi: 10.7498/aps.60.124302
[11]	曹卫军, 成春芝, 周效信. 原子在双色组合场中产生高次谐波的转换效率与激光波长的关系. 物理学报, 2011, 60(5): 054210. doi: 10.7498/aps.60.054210
[12]	任爱红, 刘正颖, 张蓉竹, 刘静伦, 孙年春. 准相位匹配倍频系统的带宽性质研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7050-7054. doi: 10.7498/aps.59.7050
[13]	卓士创, 闫长春. 可见光紫端748 THz处的高透过率负折射率材料模拟研究. 物理学报, 2010, 59(1): 360-364. doi: 10.7498/aps.59.360
[14]	曾然, 羊亚平, 刘树田. 负折射率材料对产生Casimir排斥力的影响. 物理学报, 2008, 57(8): 4947-4952. doi: 10.7498/aps.57.4947
[15]	曾然, 许静平, 羊亚平, 刘树田. 负折射率材料对Casimir效应的影响. 物理学报, 2007, 56(11): 6446-6450. doi: 10.7498/aps.56.6446
[16]	陈亮, 梁昌洪, 党晓杰. 非线性左手材料中的二次谐波. 物理学报, 2007, 56(11): 6398-6402. doi: 10.7498/aps.56.6398
[17]	许静平, 王立刚, 羊亚平. 利用含负折射率材料的光子晶体实现角度滤波器. 物理学报, 2006, 55(6): 2765-2770. doi: 10.7498/aps.55.2765
[18]	马晶, 章若冰, 刘博, 朱晨, 柴路, 张伟力, 张志刚, 王清月. 飞秒BBO光参量放大中闲频光二次谐波的产生. 物理学报, 2005, 54(8): 3675-3679. doi: 10.7498/aps.54.3675
[19]	庄飞, 沈建其. 双轴各向异性负折射率材料光纤中光子波函数几何相位研究. 物理学报, 2005, 54(2): 955-960. doi: 10.7498/aps.54.955
[20]	郑仰东, 李俊庆, 李淳飞. 双振子模型手性分子介质的二次谐波理论. 物理学报, 2003, 52(2): 372-376. doi: 10.7498/aps.52.372

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物理学报. 2009, 58(2): 914-918.

doi: 10.7498/aps.58.914.

唯象论的经典领域

负折射率材料中二次谐波转换效率的理论分析

1. (1)济南大学理学院，济南 250022; (2)山东财政学院统计与数理学院，济南 250014

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60471042)资助的课题.

收稿日期: 2008-04-05
修回日期: 2008-08-14
刊出日期: 2009-01-05

摘要: 研究了二次谐波是负折射率而基频光是正折射率材料中，在考虑吸收系数、走离效应和相位失配的情况下，推导出平面波振幅缓变近似下，二次谐波的耦合波方程.根据该方程在基频光小信号近似下推导出二次谐波转换效率表达式.最后采用数值计算的方法分别研究了相位失配量Δk、走离角ρ和二次谐波的吸收系数α对转换效率的影响.结果表明，由于相位失配量的存在二次谐波的转换效率随负折射率材料长度的变化存在极大值，即负折射率材料长度存在最佳值，并且随着长度的增加，转换效率呈明显的周期性振荡并且极大

关键词:

English Abstract

Theoretical analysis of second-harmonic conversion efficiency in negative-index materials

1.
(1)济南大学理学院，济南 250022; (2)山东财政学院统计与数理学院，济南 250014

Received Date: 05 April 2008
Accepted Date: 14 August 2008
Published Online: 05 January 2009

Abstract: For negative-index materials(NIM) of second-harmonic wave(SHW) and positive-index materials of fundamental frequency wave(FFW)，the equations of the coupled wave was deduced，taking account of absorption coefficient，walk-off effect，phase mismatching capacity and the approximation of slow-varying amplitudes of the plane wave. On the basis of the equations，a formulation of SHW conversion efficiency was obtained in condition of small signal approximation for FFW. Through numerical simulation, the effects of phase mismatching capacity，walk-off angle and absorption coefficient of SHW on the conversion efficiency of SHW were scrutinized respectively. The maximum conversion efficiency of SHW was realized via increasing the length of NIM，that is，there exists an optimum length of NIM; however, the conversion efficiency of SHW shows an evidencet periodic evolution and the maximum conversion efficiency always diminishes. The conversion efficiency decreases with the increases of the phase mismatching capacity and the absorption coefficient. The influence of walk-off effect is not evident so that it may be neglected with respect to the conversion efficiency of SHW. This study provides a basis for investigating nonlinear theory of negative-index materials.

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作者及机构信息

(1)济南大学理学院，济南 250022; (2)山东财政学院统计与数理学院，济南 250014

Authors and contacts

(1)济南大学理学院，济南 250022; (2)山东财政学院统计与数理学院，济南 250014

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Theoretical analysis of second-harmonic conversion efficiency in negative-index materials

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(1)济南大学理学院，济南 250022; (2)山东财政学院统计与数理学院，济南 250014