在过去的几十年里，光场调控，特别是波前整形方面取得了显著进展。通过各种人工微结构可以产生非衍射光束、加速光束、宽带涡旋光束、等离子体波包或其他任意波前。波前整形最引人注目的应用之一是全息术。场分布主要通过专门设计的相位掩模实现，例如衍射光学元件或超表面，以改变初始激光束的相位。衍射光学元件通常是纯衍射式的，具有二元相位分布。超表面是由谐振元件组成的超薄图案结构。由于金属的高度非线性和等离子体共振的近场增强，可以用于非线性相位调制。

我们在文章中将全息图制造成非线性光子晶体结构本质上就是一种衍射光学元件。这是将非线性过程与全息成像相结合的直接方法。非线性频率转换是通过非线性体块材料实现的，全息图是二维的，是基于衍射全息术设计的。传统的衍射光学元件都是二值化编码设计的，随着研究的发展，二值化的弊端逐渐显现，尤其是在整形和成像领域，杂散光和高阶衍射现象较为严重。为了提高成像质量，就需要对全息图的设计进行改进。

在这里，我们提出了一种用于任意非线性光场重构的广义计算全息编码方法，我们称之为准多值编码方法。在文章中，我们展示了当基波垂直或平行于晶体极化方向传播时，如何将这种广义编码方法应用于设计非线性光子晶体结构从而实现高质量的光场调控。

图1.准多值化编码方法原理示意图。（a）一个畴结构元胞；（b）在远场的振幅调制随元胞阴影区域宽度的变化关系。

图2.两种编码方法所获得的双聚焦波前对比图。

理论计算和实验均表明准多值化编码方法可以在常规二元衍射光学元件的基础上能减少高阶衍射效应，降低图像失真，提高成像质量。

图3.两种编码方法获得的非线性成像效果对比图，准多值化编码方法对高阶衍射的抑制效果明显。

该工作以“Nonlinear Wavefront Shaping and Imaging in Nonlinear Photonic Crystals with a Generalized Quasi-Multivalue-Encoding Method”为题发表在中科院一区期刊ACS Photonics上，影响因子7.529。

我院物理系陆蓉儿老师为该文章的第一作者，南京大学张超教授、洪煦昊工程师、秦亦强教授为论文共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等基金的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.1c01415