艾里光束由于具有独特的无衍射、自加速、自恢复特性，使得他在光学微操纵、光学成像、等离子体产生等领域具有重要应用。现有非线性艾里光束的产生方法包括基于畴结构的准相位匹配、非线性Raman-Nath衍射、非线性超表面、柱透镜结合非线性晶体等方式，但是存在实验装置尺寸大、非线性效率低、集成度低等问题。我们提出了一种基于铌酸锂晶体上的立方相位微结构的集成、高效的产生非线性艾里光束的方法。

图1 利用FIB制备的连续立方相位微结构的表征

图2 产生倍频艾里光束的实验装置

实验中，我们使用5 mol. %掺镁铌酸锂非线性晶体，晶体的光轴方向与光束传播方向之间的夹角为75度，基频光正入射时，满足1064nm到532nm的倍频相位匹配条件。图1(a)和1(b)分别为立方相位结构的相位分布和FIB加工深度。实验中制备的立方相位结构的大小为60um×60um，如图1(c)和1(d)所示。我们提取了图1(b)中沿对角线方向的刻蚀深度，如图1(e)所示。我们搭建了如图(a)的光路对样品进行了测试，远场产生的倍频艾里光束如图2(c)所示。图2(d)和2(e)-(g)为产生的倍频艾里光束的三维强度分布，以及沿水平、竖直、对角线方向的强度分布。产生非线性艾里光束的归一化非线性效率为(1.44*10^-5)%W^-1。

图3 产生的非线性艾里光束的横向偏移随传播距离的关系

图4 产生的非线性艾里光束的自恢复特性

我们验证了产生的非线性艾里光束的自加速性和自恢复性。在图3中，我们记录了产生的非线性艾里光束在不同传播距离的强度分布和主瓣位置，传播距离间隔为5um。可以看到，产生的倍频艾里光束沿抛物线轨迹传播。主瓣的偏转可以用公式A=0.037(lamda_SH^2/w^3)z^2得到。实验结果与理论相吻合。我们在光路中插入了针尖障碍物，遮挡住z0处的主瓣。我们记录了非线性艾里光束在经过障碍物后的强度分布。从图4（d）中可以看到，产生的倍频艾里光束在z1=10um时主瓣基本没有恢复。z2=50um时恢复了大部分的主瓣的空间强度。z3=100um时，主瓣完全恢复。实验结果很好的验证了倍频艾里光束的自恢复特性。

该成果发表在“Qian Yang, Xiaona Ye, Haigang Liu, and Xianfeng Chen, Highly Efficient and Integrated Nonlinear Airy Beams Generation, Advanced Optical Materials, 2401810 (2024)”。