Abstract

We report a novel type of integrated nonlinear photonic device for controlling the generation of several second-harmonic beams. Two-dimensional diffraction gratings are recorded with femtosecond laser pulses at the entrance surface of a frequency-doubling crystal. This periodic spatial modulation of the material surface induces noncollinear propagation of the fundamental input signal in the crystal. By slightly changing the angle of incidence of the seed beam, collinear and noncollinear phase matching can be achieved between different diffraction orders, in this way allowing the efficient generation of several second-harmonic beams.

© 2005 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. See, for instance, R. W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic, 1992).
  2. T. Zhang, H. Choo, and M. Downer, Appl. Opt. 29, 3928 (1990).
  3. S. Dou, D. Josse, R. Hierle, and J. Zyss, J. Opt. Soc. Am. B 9, 687 (1992).
    [CrossRef]
  4. Z. Wang, G. Xu, J. Liu, D. Hu, X. Xu, J. Wang, and Z. Shao, J. Opt. Soc. Am. B 21, 1348 (2004).
    [CrossRef]
  5. J. A. Giordmaine, Phys. Rev. Lett. 8, 19 (1962).
    [CrossRef]
  6. A. R. Tunyagi, M. Ulex, and K. Betzler, Phys. Rev. Lett. 90, 243901 (2003).
    [CrossRef]
  7. V. Berger, Phys. Rev. Lett. 81, 4136 (1998).
    [CrossRef]
  8. N. G. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, Phys. Rev. Lett. 84, 4345 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
    [CrossRef]
  10. M. M. Fejer, G. A. Magel, D. H. Jundt, and R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2631 (1992).
    [CrossRef]
  11. See, for instance, A. Zoubir, L. Shah, K. Richardson, and M. Richardson, Appl. Phys. A 77, 311 (2003).
  12. M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
    [CrossRef]
  13. K. M. Davis, K. Miura, N. Sugimoto, and K. Hirao, Opt. Lett. 21, 1729 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. H. Sun, Y. Xu, S. Juodkazis, K. Sun, M. Watanabe, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii, Opt. Lett. 26, 325 (2001).
    [CrossRef]
  15. Q. Zhao, J. Qiu, X. Jiang, Ch. Zhao, and C. Zhu, Opt. Express 12, 742 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. N. Takeshima, Y. Narita, S. Tanaka, Y. Kuroiwa, and K. Hirao, Opt. Lett. 30, 352 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, and H. Hosono, Appl. Phys. B 71, 119 (2000).
    [CrossRef]
  18. O. M. Matos, G. A. Torchia, P. Vaveliuk, G. M. Bilmes, and J. O. Tocho, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 4, 130 (2002).
    [CrossRef]
  19. A. A. Maznev, T. F. Crimmins, and K. A. Nelson, Opt. Lett. 23, 1378 (1998).
    [CrossRef]

2005 (1)

2004 (3)

2003 (2)

A. R. Tunyagi, M. Ulex, and K. Betzler, Phys. Rev. Lett. 90, 243901 (2003).
[CrossRef]

See, for instance, A. Zoubir, L. Shah, K. Richardson, and M. Richardson, Appl. Phys. A 77, 311 (2003).

2002 (1)

O. M. Matos, G. A. Torchia, P. Vaveliuk, G. M. Bilmes, and J. O. Tocho, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 4, 130 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

2000 (2)

N. G. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, Phys. Rev. Lett. 84, 4345 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, and H. Hosono, Appl. Phys. B 71, 119 (2000).
[CrossRef]

1998 (3)

A. A. Maznev, T. F. Crimmins, and K. A. Nelson, Opt. Lett. 23, 1378 (1998).
[CrossRef]

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

V. Berger, Phys. Rev. Lett. 81, 4136 (1998).
[CrossRef]

1996 (1)

1992 (2)

M. M. Fejer, G. A. Magel, D. H. Jundt, and R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2631 (1992).
[CrossRef]

S. Dou, D. Josse, R. Hierle, and J. Zyss, J. Opt. Soc. Am. B 9, 687 (1992).
[CrossRef]

1990 (1)

T. Zhang, H. Choo, and M. Downer, Appl. Opt. 29, 3928 (1990).

1962 (1)

J. A. Giordmaine, Phys. Rev. Lett. 8, 19 (1962).
[CrossRef]

Berger, V.

V. Berger, Phys. Rev. Lett. 81, 4136 (1998).
[CrossRef]

Betzler, K.

A. R. Tunyagi, M. Ulex, and K. Betzler, Phys. Rev. Lett. 90, 243901 (2003).
[CrossRef]

Bilmes, G. M.

O. M. Matos, G. A. Torchia, P. Vaveliuk, G. M. Bilmes, and J. O. Tocho, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 4, 130 (2002).
[CrossRef]

Boyd, R. W.

See, for instance, R. W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic, 1992).

Broderick, N. G.

N. G. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, Phys. Rev. Lett. 84, 4345 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Byer, R. L.

M. M. Fejer, G. A. Magel, D. H. Jundt, and R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2631 (1992).
[CrossRef]

Cheng, Z.

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

Choo, H.

T. Zhang, H. Choo, and M. Downer, Appl. Opt. 29, 3928 (1990).

Crimmins, T. F.

Davis, K. M.

Dou, S.

Downer, M.

T. Zhang, H. Choo, and M. Downer, Appl. Opt. 29, 3928 (1990).

Fejer, M. M.

M. M. Fejer, G. A. Magel, D. H. Jundt, and R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2631 (1992).
[CrossRef]

Giordmaine, J. A.

J. A. Giordmaine, Phys. Rev. Lett. 8, 19 (1962).
[CrossRef]

Hanna, D. C.

N. G. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, Phys. Rev. Lett. 84, 4345 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

He, J. L.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Hierle, R.

Hirano, M.

K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, and H. Hosono, Appl. Phys. B 71, 119 (2000).
[CrossRef]

Hirao, K.

Hosono, H.

K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, and H. Hosono, Appl. Phys. B 71, 119 (2000).
[CrossRef]

Hu, D.

Ji, S. H.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Jiang, X.

Josse, D.

Jundt, D. H.

M. M. Fejer, G. A. Magel, D. H. Jundt, and R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2631 (1992).
[CrossRef]

Juodkazis, S.

Kautek, W.

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

Kawamura, K.

K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, and H. Hosono, Appl. Phys. B 71, 119 (2000).
[CrossRef]

Krausz, F.

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

Krüger, J.

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

Kuroiwa, Y.

Lenzner, M.

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

Liu, J.

Magel, G. A.

M. M. Fejer, G. A. Magel, D. H. Jundt, and R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2631 (1992).
[CrossRef]

Matos, O. M.

O. M. Matos, G. A. Torchia, P. Vaveliuk, G. M. Bilmes, and J. O. Tocho, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 4, 130 (2002).
[CrossRef]

Matsuo, S.

Maznev, A. A.

Ming, N. B.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Misawa, H.

Miura, K.

Mourou, G.

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

Narita, Y.

Nelson, K. A.

Nishii, J.

Offerhaus, H. L.

N. G. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, Phys. Rev. Lett. 84, 4345 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Ogawa, T.

K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, and H. Hosono, Appl. Phys. B 71, 119 (2000).
[CrossRef]

Qiu, J.

Richardson, D. J.

N. G. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, Phys. Rev. Lett. 84, 4345 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Richardson, K.

See, for instance, A. Zoubir, L. Shah, K. Richardson, and M. Richardson, Appl. Phys. A 77, 311 (2003).

Richardson, M.

See, for instance, A. Zoubir, L. Shah, K. Richardson, and M. Richardson, Appl. Phys. A 77, 311 (2003).

Ross, G. W.

N. G. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, Phys. Rev. Lett. 84, 4345 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Sartania, S.

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

Sarukura, N.

K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, and H. Hosono, Appl. Phys. B 71, 119 (2000).
[CrossRef]

Shah, L.

See, for instance, A. Zoubir, L. Shah, K. Richardson, and M. Richardson, Appl. Phys. A 77, 311 (2003).

Shao, Z.

Spielmann, Ch.

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

Sugimoto, N.

Sun, H.

Sun, J.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Sun, K.

Takeshima, N.

Tanaka, S.

Tocho, J. O.

O. M. Matos, G. A. Torchia, P. Vaveliuk, G. M. Bilmes, and J. O. Tocho, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 4, 130 (2002).
[CrossRef]

Torchia, G. A.

O. M. Matos, G. A. Torchia, P. Vaveliuk, G. M. Bilmes, and J. O. Tocho, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 4, 130 (2002).
[CrossRef]

Tunyagi, A. R.

A. R. Tunyagi, M. Ulex, and K. Betzler, Phys. Rev. Lett. 90, 243901 (2003).
[CrossRef]

Ulex, M.

A. R. Tunyagi, M. Ulex, and K. Betzler, Phys. Rev. Lett. 90, 243901 (2003).
[CrossRef]

Vaveliuk, P.

O. M. Matos, G. A. Torchia, P. Vaveliuk, G. M. Bilmes, and J. O. Tocho, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 4, 130 (2002).
[CrossRef]

Wang, H. T.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Wang, J.

Wang, Z.

Watanabe, M.

Xu, G.

Xu, P.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Xu, X.

Xu, Y.

Yu, X. Q.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Zhang, T.

T. Zhang, H. Choo, and M. Downer, Appl. Opt. 29, 3928 (1990).

Zhao, Ch.

Zhao, Q.

Zhu, C.

Zhu, S. N.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Zhu, Y. Y.

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Zoubir, A.

See, for instance, A. Zoubir, L. Shah, K. Richardson, and M. Richardson, Appl. Phys. A 77, 311 (2003).

Zyss, J.

Appl. Opt. (1)

T. Zhang, H. Choo, and M. Downer, Appl. Opt. 29, 3928 (1990).

Appl. Phys. A (1)

See, for instance, A. Zoubir, L. Shah, K. Richardson, and M. Richardson, Appl. Phys. A 77, 311 (2003).

Appl. Phys. B (1)

K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, and H. Hosono, Appl. Phys. B 71, 119 (2000).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

M. M. Fejer, G. A. Magel, D. H. Jundt, and R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 28, 2631 (1992).
[CrossRef]

J. Opt. A Pure Appl. Opt. (1)

O. M. Matos, G. A. Torchia, P. Vaveliuk, G. M. Bilmes, and J. O. Tocho, J. Opt. A Pure Appl. Opt. 4, 130 (2002).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (2)

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (4)

Phys. Rev. Lett. (6)

M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. Mourou, W. Kautek, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 80, 4076 (1998).
[CrossRef]

J. A. Giordmaine, Phys. Rev. Lett. 8, 19 (1962).
[CrossRef]

A. R. Tunyagi, M. Ulex, and K. Betzler, Phys. Rev. Lett. 90, 243901 (2003).
[CrossRef]

V. Berger, Phys. Rev. Lett. 81, 4136 (1998).
[CrossRef]

N. G. Broderick, G. W. Ross, H. L. Offerhaus, D. J. Richardson, and D. C. Hanna, Phys. Rev. Lett. 84, 4345 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

P. Xu, S. H. Ji, S. N. Zhu, X. Q. Yu, J. Sun, H. T. Wang, J. L. He, Y. Y. Zhu, and N. B. Ming, Phys. Rev. Lett. 93, 133904 (2004).
[CrossRef]

Other (1)

See, for instance, R. W. Boyd, Nonlinear Optics (Academic, 1992).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic arrangement of the device and NC-SHG process.

Fig. 2
Fig. 2

Distribution of the diameters of the grating points measured along part of the sample. Inset, optical microscopy image of the crystal surface.

Fig. 3
Fig. 3

Digital pictures of the SHG for different incidence angles θ 0 . The fundamental light ( 796 nm ) was filtered out. (a) θ 0 0 ° ; the sample is placed for collinear PM in the incidence direction. (b) θ 0 0.7 ° ; two intense SH beams are generated by NC PM. (c) θ 0 0.5 ° ; SHG is achieved in several NC directions. Outlined arrows point out the direction of the emerging undiffracted fundamental beam.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

k ( m x , m y ) ω + k ( m x , m y ) ω = k ( m x , m y ) , ( m x , m y ) 2 ω .

Metrics