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非線性光學晶體能從飛秒時間尺度改變激光顏色

 據悉,來自于日本東京工業大學和日本京都大學物質-細胞統合科學院(iCems)的科學家運用飛秒可見光和太赫茲脈沖作為外部微擾,測試了光激發氧化鉍(BiCoO3)的二次諧波發生(SHG)效應。

  這一項研究體現出了Co3離子軌道激發的必要性;本次研究由太赫茲輻射脈沖驅動,為飛秒時域和頻域提升非線性晶體光學現象的性能提供了思路。

  應用SHG將激光的頻率翻倍(因此改變其顏色)必須反轉對稱性被破壞的極性晶體。針對這種情況,鑒定出可以引起強烈的SHG晶體是一個很重要的研究課題,所以這一特性可用作材料科學領域。

  觀察像SHG這種非線性光學晶體現象必須有一個有限的二階電極化率,它出現于沒有反轉對稱性的所有極性結構、強激光或脈沖內部。在該項研究中使用的鈣鈦礦型氧化鈷BiCoO3中,測試單位中彰顯了沿著c軸的頂點氧位移和Co-O5錐體,造成對稱斷裂和室溫下很大的自發性極化。

  對于激光脈沖而已,由來自iCems的HidekiHirori及其團隊研發的在太赫茲能量區域方面具有達到約1MV/cm的電場的強電磁脈沖,能用以實現對BiCoO3的非線性光學晶體行為的超快控制。

  日本東京工業大學YoichiOkimoto以及同事專門熟悉當在室溫下用太赫茲激光脈沖照射時,BiCoO3晶體的SHG的強度的改變。需要注意的是,SHG實現了50%以上、從未有過的增強,說明以這樣的方式選用太赫茲激光可以明顯提高非線性光學晶體的質量因數。除此之外,這種效應出現于100fs時間刻度上,表明這種性質可應用于超快光電子器件。

  未來對BiCoO3和其它極性氧化物材料的光激發態的研究將考慮高階非線性光學晶體響應及使用太赫茲脈沖的超快結構測量,以闡明這些令人著迷的材料的更多技術應用。

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