激光脉冲在非晶态介电材料中产生倍频

佐治亚理工学院研究人员展示了一种全光学技术，可以在通常不支持它们的材料中产生强大的二阶非线性效应。研究人员将激光脉冲射向二氧化钛(TiO2)板上的金三角阵列，产生了激发电子，当第二束激光从无定形TiO2板上反弹时，其频率短暂地增加了一倍。

通过扩大用于微纳米级光电应用的光学材料的范围，这项工作可以为光学工程师创造二阶非线性效应提供新的选择，这在光学计算机、高速数据处理器和可安全用于人体的生物成像等领域非常重要。

佐治亚理工学院电气与计算机工程学院的蔡文山教授说:“现在我们可以在光学上打破传统线性材料的晶体对称性，比如非晶二氧化钛，更广泛的光学材料可以被应用于主流的微纳米技术应用中，比如高速光学数据处理器。”

大多数光学材料往往具有对称的晶体结构，这限制了它们产生二阶非线性效应的能力，例如具有重要技术应用的倍频效应。到目前为止，这种对称性只能通过对晶体施加电信号或机械应变来中断。

在实验室里，Cai和合作者Mohammad Taghinejad, Zihao Xu, Kyu-Tae Lee和Tianquan Lian在一个中心对称的TiO2板表面创造了一个微小的等离子体金三角阵列。然后，他们用红色激光脉冲照亮了TiO2/金结构，这作为一个光学开关，打破了材料的晶体对称性。非晶态TiO2板不会自然地支持强的二阶非线性效应。

蔡解释说:“光学开关激发了金三角内部的高能电子，一些电子从三角形的尖端迁移到二氧化钛。”“由于电子向TiO2板的迁移主要发生在三角形的尖端，电子迁移在空间上是一个不对称的过程，以光学方式迅速打破二氧化钛晶体对称性。”

佐治亚理工学院的研究人员Kyu-Tae Lee和Mohammad Taghinejad用红色激光在一块二氧化钛板上演示了频率加倍，用金色的小三角形产生非线性效果。蓝色光束表示频率加倍的光，绿色光束控制热电子迁移。提供:Rob Felt，佐治亚理工学院[/caption]

他说，频率加倍只是这项技术的潜在应用之一。

蔡补充说:“我们相信，我们的发现不仅为非线性纳米光子学领域提供了各种机会，而且将在量子电子隧穿领域发挥重要作用。”“事实上，基于在这一领域积累的知识，我们的团队正在设计新的范式，将引入的对称性破缺技术作为光学探针，用于监测混合材料平台中电子的量子隧穿。如今，只有扫描隧道显微镜(STM)技术才能实现这一具有挑战性的目标，这种技术非常缓慢，产量和灵敏度都很低。”

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。