Based on nonlinear holography, we propose a 2D spirally poled LiNbO3 nonlinear photonic crystal that generates orbital angular momentum (OAM) states of second-harmonic (SH) waves. In this crystal, the generated SH waves from positive and negative domains have a π phase difference, which is used to compose a nonlinear Fresnel zone plate for an experimental demonstration of generating SH OAM states at the designed focusing spot. In addition, the crystal can be used to detect input OAM states of fundamental beams without significantly disturbing their wave fronts.

1.
J.
Vaughan
and
D.
Willetts
,
Opt. Commun.
30
(
3
),
263
267
(
1979
).
2.
L.
Allen
,
M. W.
Beijersbergen
,
R. J.
Spreeuw
, and
J. P.
Woerdman
,
Phys. Rev. A
45
(
11
),
8185
8189
(
1992
).
3.
4.
J.
Wang
,
J. Y.
Yang
,
I. M.
Fazal
,
N.
Ahmed
,
Y.
Yan
,
H.
Huang
,
Y. X.
Ren
,
Y.
Yue
,
S.
Dolinar
,
M.
Tur
, and
A. E.
Willner
,
Nat. Photonics
6
,
488
496
(
2012
).
5.
N.
Bozinovic
,
Y.
Yue
,
Y.
Ren
,
M.
Tur
,
P.
Kristensen
,
H.
Huang
,
A. E.
Willner
, and
S.
Ramachandran
,
Science
340
,
1545
1548
(
2013
).
6.
A.
Nicolas
,
L.
Veissier
,
L.
Giner
,
E.
Giacobino
,
D.
Maxein
, and
J.
Laurat
,
Nat. Photonics
8
,
234
238
(
2014
).
7.
S.
Furhapter
,
A.
Jesacher
,
S.
Bernet
, and
M.
Ritsch-Marte
,
Opt. Express
13
(
3
),
689
694
(
2005
).
8.
S. S.
Oemrawsingh
,
J. A.
van Houwelingen
,
E. R.
Eliel
,
J. P.
Woerdman
,
E. J.
Verstegen
,
J. G.
Kloosterboer
, and
G. W. T.
Hooft
,
Appl. Opt.
43
(
3
),
688
694
(
2004
).
9.
N. R.
Heckenberg
,
R.
McDuff
,
C. P.
Smith
, and
A. G.
White
,
Opt. Lett.
17
(
3
),
221
223
(
1992
).
10.
A.
Mair
,
A.
Vaziri
,
G.
Weihs
, and
A.
Zeilinger
,
Nature
412
,
313
316
(
2001
).
11.
P.
Chen
,
B.
Wei
,
W.
Ji
,
S.
Ge
,
W.
Hu
,
F.
Xu
,
V.
Chigrinov
, and
Y.
Lu
,
Photonics Res.
3
(
4
),
133
139
(
2015
).
12.
X.
Cai
,
J.
Wang
,
M. J.
Strain
,
B.
Johnson-Morris
,
J.
Zhu
,
M.
Sorel
,
J. L.
O'Brien
,
M. G.
Thompson
, and
S.
Yu
,
Science
338
,
363
366
(
2012
).
13.
G.
Li
,
M.
Kang
,
S.
Chen
,
S.
Zhang
,
E. Y.
Pun
,
K. W.
Cheah
, and
J.
Li
,
Nano Lett.
13
,
4148
4151
(
2013
).
14.
E.
Brasselet
,
N.
Murazawa
,
H.
Misawa
, and
S.
Juodkazis
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
103903
(
2009
).
15.
E.
Rueda
,
D.
Muneton
,
J. A.
Gomez
, and
A.
Lencina
,
Opt. Lett.
38
(
19
),
3941
3944
(
2013
).
16.
N.
Londoño
,
E.
Rueda
,
J. A.
Gómez
, and
A.
Lencina
,
Appl. Opt.
54
(
4
),
796
801
(
2015
).
17.
J. A.
Armstrong
,
N.
Bloembergen
,
J.
Ducuing
, and
P. S.
Pershan
,
Phys. Rev.
127
(
6
),
1918
1939
(
1962
).
18.
S.
Zhu
,
Y.
Zhu
, and
N.
Ming
,
Science
278
,
843
846
(
1997
).
19.
M. M.
Fejer
,
G. A.
Magel
,
D. H.
Jundt
, and
R. L.
Byer
,
IEEE J. Quantum Electron.
28
(
11
),
2631
2654
(
1992
).
20.
V.
Berger
,
Phys. Rev. Lett.
81
(
19
),
4136
4139
(
1998
).
21.
Y.
Zhang
,
Z. D.
Gao
,
Z.
Qi
,
S. N.
Zhu
, and
N. B.
Ming
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
163904
(
2008
).
22.
N. G. R.
Broderick
,
R. T.
Bratfalean
,
T. M.
Monro
,
D. J.
Richardson
, and
C. M.
de Sterke
,
J. Opt. Soc. Am. B
19
(
9
),
2263
2272
(
2002
).
23.
J.
Liao
,
J.
He
,
H.
Liu
,
H.
Wang
,
S.
Zhu
,
Y.
Zhu
, and
N.
Ming
,
Appl. Phys. Lett.
82
(
19
),
3159
3161
(
2003
).
24.
S.
Carrasco
,
M. B.
Nasr
,
A. V.
Sergienko
,
B. E.
Saleh
,
M. C.
Teich
,
J. P.
Torres
, and
L.
Torner
,
Opt. Lett.
31
(
2
),
253
255
(
2006
).
25.
X. H.
Hong
,
B.
Yang
,
C.
Zhang
,
Y. Q.
Qin
, and
Y. Y.
Zhu
,
Phys. Rev. Lett.
113
(
16
),
163902
(
2014
).
26.
T.
Ellenbogen
,
N.
Voloch-Bloch
,
A.
Ganany-Padowicz
, and
A.
Arie
,
Nat. Photonics
3
,
395
398
(
2009
).
27.
Y. Q.
Qin
,
C.
Zhang
,
Y. Y.
Zhu
,
X. P.
Hu
, and
G.
Zhao
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
063902
(
2008
).
28.
D.
Liu
,
D.
Wei
,
Y.
Zhang
,
J.
Zou
,
X. P.
Hu
,
S. N.
Zhu
, and
M.
Xiao
,
Opt. Express
21
(
12
),
13969
13974
(
2013
).
29.
S.
Trajtenberg-Mills
,
I.
Juwiler
, and
A.
Arie
,
Laser Photonics Rev.
9
(
6
),
L40
L44
(
2015
).
30.
Y.
Zhang
,
J.
Wen
,
S. N.
Zhu
, and
M.
Xiao
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
183901
(
2010
).
31.
D.
Liu
,
Y.
Zhang
,
J.
Wen
,
Z.
Chen
,
D.
Wei
,
X.
Hu
,
G.
Zhao
,
S. N.
Zhu
, and
M.
Xiao
,
Sci. Rep.
4
,
6134
(
2014
).
32.
S. M.
Saltiel
,
D. N.
Neshev
,
R.
Fischer
,
W.
Krolikowski
,
A.
Arie
, and
Y. S.
Kivshar
,
Jpn. J. Appl. Phys.
47
(
8
),
6777
6783
(
2008
).
33.
B.
Yang
,
X. H.
Hong
,
R. E.
Lu
,
Y. Y.
Yue
,
C.
Zhang
,
Y. Q.
Qin
, and
Y. Y.
Zhu
,
Opt. Lett.
41
(
13
),
2927
2929
(
2016
).
34.
D.
Wei
,
D.
Liu
,
X.
Hu
,
Y.
Zhang
, and
M.
Xiao
,
Laser Phys. Lett.
11
(
9
),
095402
(
2014
).
35.
N. V.
Bloch
,
K.
Shemer
,
A.
Shapira
,
R.
Shiloh
,
I.
Juwiler
, and
A.
Arie
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
233902
(
2012
).
36.
X.
Fang
,
G.
Yang
,
D.
Wei
,
D.
Wei
,
R.
Ni
,
W.
Ji
,
Y.
Zhang
,
X.
Hu
,
W.
Hu
,
Y. Q.
Lu
,
S. N.
Zhu
, and
M.
Xiao
,
Opt. Lett.
41
(
6
),
1169
1172
(
2016
).
37.
Y.
Cai
,
C.
Lu
, and
Q.
Lin
,
Opt. Lett.
28
(
3
),
1084
1086
(
2003
).
38.
C.
Wei
,
X.
Lu
,
G.
Wu
,
F.
Wang
, and
Y.
Cai
,
Appl. Phys. B
115
,
55
60
(
2014
).
39.
N.
Apurv Chaitanya
,
M. V.
Jabir
,
J.
Banerji
, and
G. K.
Samanta
,
Sci. Rep.
6
,
32464
(
2016
).
40.
M.
Beresna
,
P. G.
Kazansky
,
Y.
Svirko
,
M.
Barkauskas
, and
R.
Danielius
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
121502
(
2009
).
41.
D.
Wei
,
Y.
Wang
,
D.
Liu
,
Y.
Zhu
,
W.
Zhong
,
X.
Fang
,
Y.
Zhang
, and
M.
Xiao
,
ACS Photonics
4
(
4
),
996
1002
(
2017
).
You do not currently have access to this content.