非线性光学晶体能从飞秒时间尺度改变激光颜色

2017-06-20 09:38

据悉，来自日本东京工业大学和日本京都大学物质-细胞统合科学研究院（iCems）的科学家们利用飞秒可见光和太赫兹脉冲作为外部微扰，研究了光激发氧化铋（BiCoO3）的二次谐波发生（SHG）效应。

这项研究突出了Co3+离子轨道激发的重要性；此次研究由太赫兹辐射脉冲驱动，为飞秒时间尺度提高非线性晶体非线性光学现象的性能提供了线索。

使用SHG将激光的频率加倍（从而改变其颜色）需要反转对称性被破坏的极性晶体。鉴于此，鉴定出可以引发强烈的SHG晶体是一个重要的研究课题，因此这一特性可以用于材料科学领域。

观察像SHG这样的非线性光学现象需要一个有限的二阶电极化率，它发生在没有反转对称性的任何极性结构、强激光或脉冲内部。在此项研究中使用的钙钛矿型氧化钴BiCoO3中，测试单位中展现了沿着c轴的顶点氧位移和Co-O5锥体，导致对称断裂和室温下极大的自发性极化。

对于激光脉冲而已，由来自iCems的Hideki Hirori及其团队开发的在太赫兹能量区域中具有高达约1MV/cm的电场的强电磁脉冲，能用于实现对BiCoO 3的非线性行为的超快控制。

日本东京工业大学Yoichi Okimoto及其同事专门了解当在室温下用太赫兹激光脉冲照射时，BiCoO3晶体的SHG的强度的变化。值得注意的是，SHG实现了50%以上、前所未有的增强，表明以这种方式采用太赫兹激光可以显着提高非线性晶体的质量因数。此外，这种效应发生在100fs时间刻度上，表明这种性质可应用于超快光电子器件。

未来对BiCoO3和其他极性氧化物材料的光激发态的研究将考虑高阶非线性光学响应以及使用太赫兹脉冲的超快结构测量，以阐明这些令人着迷的材料的更多技术细节。（文/Oscar译）