周期极化铌酸锂晶体中高质量拉盖尔-高斯光束的非线性产生及调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874213
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2203.光场调控与非线性光学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Laguerre-Gaussian (LG) beams are characterized by a set of unique features: they have helical phase front, they carry orbital angular momentum and they have phase singularity at the core. These features were shown to be useful for a variety of applications, such as rotating optical tweezers for micro-particles, classical and quantum optical communications, super-resolution microscopy, astronomic observations, etc. However, it is still challenging to efficiently generate bright, pure and short-wavelength LG modes in compact devices. This proposal focuses on new methods for generation and manipulation of LG beams by nonlinear three wave mixing processes in a periodically poled LiNbO3 (PPLN) crystal. It aims to address a wide range of topics, starting from fundamental questions related to the mode purity in wave mixing processes, to the development of practical and efficient methods for nonlinear generation of LG beams and up to the generation of these beams in the ultra-violet spectral range by compact and efficient cascaded nonlinear processes. Whereas the first topic will enable to understand the limitations of generating LG beams by nonlinear processes, the latter studies will enable to generate LG beams at wavelengths in which both lasers and linear beams shaping elements (such as spatial light modulators or Q-plates) are either inefficient or completely unavailable. Specifically, the research program includes 3 main topics: the effects of (non)-collinearity and the phase matching scheme - Bragg, Raman-Nath or Cerenkov - on the mode purity of the generated LG beam in nonlinear mixing process; third harmonic generation in the blue and UV of LG beams; and finally intra-cavity second- and third-harmonic generation of high-purity LG beams. The group from Nanjing University is active in this field for many years and have made some of the pioneering experiments on nonlinear generation and all-optical manipulation of LG beams. In this project, we expect to understand the fundamental physics in the nonlinear manipulation of LG beams in PPLN crystals, and to realize high-efficiency generation of high-purity, high power and short wavelength LG beams.
拉盖尔-高斯(LG)光束具有连续涡旋状相位波前、光子轨道角动量、中心相位奇点等特点,由于在光学操控、经典/量子通讯、超分辨成像等领域有重要应用,在近年来成为光学领域的研究热点之一。随着应用的需求不断发展,对LG光束质量(包括高纯度、高功率、短波长等)的要求也在日益提高,达到了用传统方法难以实现的高标准。本项目主要研究周期极化铌酸锂晶体这一人工微结构材料体系中高质量LG光束的非线性产生及操控,探索LG光束非线性混频过程中的新型相位匹配机制,发展LG光束高效非线性光学转换的方法,并利用空间模式匹配、光学腔等方法实现高纯度LG光束。申请人的课题组在该领域有多年的工作积累,在不同类型周期极化铌酸锂晶体的设计和制备方面有较好的工作基础。通过本项目的实施,将从基本物理层面理解周期极化铌酸锂晶体中操控LG光束的机制,并面向应用需求实现具有高纯度、高强度和短波长LG光束的高效产生。

结项摘要

在本项目中,我们主要研究周期极化铌酸锂晶体中的新型制备技术、相位匹配机制和非线性混频原理,结合高阶模式光学腔设计,在周期极化铌酸锂晶体中实现携带轨道角动量的拉盖尔-高斯光束的高质量产生和有效操控,取得了若干创新成果,具体包括:(1)基于周期极化铌酸锂晶体建立了产生和操控拉盖尔-高斯光束的理论模型,深入理解了光子轨道角动量的守恒规律及其调控方法;(2)利用新发展的激光畴工程技术,发展了三维相位匹配机制,设计并制备了特定构型的三维铌酸锂非线性光子晶体,实现了二次谐波拉盖尔-高斯光束的高效输出;(3)开发了腔内模式转换技术,实现了高纯度拉盖尔-高斯光束和矢量偏振光束的激光输出,模式可控、效率高、纯度高;(4)还基于高质量拉盖尔-高斯光束实现了超长二次谐波光针制备、旋转物体直接成像、以及大容量非线性全息复用等应用演示。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High-quality reconstruction of an optical image by an efficient Laguerre-Gaussian mode decomposition method
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  • DOI:
    10.1364/osac.419387
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    OSA Continuum
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Jiantao Ma;Dan Wei;Luyi Wang;Yong Zhang;Min Xiao
  • 通讯作者:
    Min Xiao
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  • DOI:
    10.1063/5.0020945
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhang Yipeng;Wang Tianxin;Cheng Yue;Wei Dunzhao;Yao Wenzhe;Chen Pengcheng;Zhang Yong;Xiao Min
  • 通讯作者:
    Xiao Min
Fabrication of lithium niobate fork grating by laser-writing-induced selective chemical etching
激光刻写诱导选择性化学刻蚀制作铌酸锂叉形光栅
  • DOI:
    10.1515/nanoph-2021-0446
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Nanophotonics
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Wang Tianxin;Xu Xiaoyi;Yang Lei;Yan Shuo;Hu Xueli;Hu Xiaopeng;Lu Xiaomei;Xiao Min;Zhang Yong
  • 通讯作者:
    Zhang Yong
Quantum tomography of the photon-plasmon conversion process in a metal hole array
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  • DOI:
    10.1364/oe.27.013809
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Tang Lei;Zheng Kaimin;Guo Jiale;Ouyang Yi;Wu Yang;Xia Chuanqing;Li Long;Liu Fang;Zhang Yong;Zhang Lijian;Xiao Min
  • 通讯作者:
    Xiao Min
Quantum-limited fiber-optic phase tracking beyond pi range
超出 pi 范围的量子限制光纤相位跟踪
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Zhang Lidan;Zheng Kaimin;Liu Fang;Zhao Wei;Tang Lei;Yonezawa Hidehiro;Zhang Lijian;Zhang Yong;Xiao Min
  • 通讯作者:
    Xiao Min

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  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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