二维材料中的二次谐波及其调控方法

二维材料(Two-Dimensional Materials)由于其低维尺度下的量子效应,表现出许多奇特的物理现象,引起了广大学者的研究兴趣.在非线性光学领域,二维材料展现出较高的二阶非线性极化率和高度可调的物理特性,使其成为非线性光电器件的潜在候选者之一.本文主要探讨了二维材料中二次谐波产生(Second Harmonic Generation, SHG)的调控与增强手段;简要介绍了二次谐波产生的基本光学原理,从二阶非线性系数和光与物质相互作用两个主要角度出发,分别回顾了对称性破缺和共振效应调控与增强二维材料二次谐波的不同方法,如层间堆叠、电场、应变和激子效应等;总结了二维材料二次谐波的调控方法,并对未来可能的研究方向和面临的挑战进行展望.了解二次谐波的产生机制以及调控和增强二次谐波各种策略方法,更有利于未来开发基于二次谐波的表征技术和探索基于二维材料的非线性光学器件.     

微纳结构调控二维过渡金属硫化物二次谐波

基于二维过渡金属硫化物(Transition Metal Dichalcogenides, TMDs)的二次谐波发射体得益于高的二阶非线性极化率和原子薄的厚度,成为集成非线性光子器件领域一种理想的候选材料.但是,二维TMDs材料的二次谐波转化效率受限于其弱的光与物质相互作用强度,阻碍了其在非线性光学器件上的应用.本综述聚焦于微纳结构调控二维TMDs材料二次谐波产生的物理机制和调控手段,首先简述二次谐波非线性光学的基础理论;然后讨论二维TMDs材料二次谐波的性质;之后回顾近年来微纳结构调控二维TMDs材料二次谐波产生的研究工作,如孔洞微腔、光子超表面、等离激元谐振器以及波导等;最后进行总结并对该领域未来的发展进行展望.了解二维TMDs材料的二次谐波的性质,理解微纳结构调控二次谐波的机理,对于二维TMDs材料在片上非线性光学器件的设计和研发具有重要的意义.     

非线性有机材料光电子功能器件的物理基础研究达到国际领先水平

非线性有机材料光电子功能器件的物理基础研究达到国际领先水平由上海交通大学应用物理系光学与光子学研究所承担的上海市科委重点基础研究项目“非线性有机材料光电子功能器件的物理基础研究”，日前通过由著名光学专家徐子展院士为首的鉴定委员会鉴定．专家组一致认为，...     

微波驱动的四能级系统电磁诱导负折射特性

电磁诱导负折射现象是光与物质相互作用中表现出来的一种奇特的非线性效应,对其形成机理及非线性特性的研究具有重要的理论意义和巨大的潜在应用价值.建立了微波驱动下的四能级系统模型,研究了系统的介电常数和磁导率随系统参数的变化规律.由于本能级系统中存在一个可调谐耦合场,它同时与2个光学跃迁发生作用,研究结果表明,固定耦合场的拉...     

介电常数近零复合超表面偏振相关非线性光学特性研究

介电常数近零(Epsilon-near-zero, ENZ)复合超表面是一种由ENZ材料和金属纳米单元构成的超结构,因其可有效增强光场与物质相互作用而受到关注.本文设计并制备了基于氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)薄膜和金属纳米结构的非线性超表面,实验研究了该ENZ复合超表面宽波段偏振相关的非线性光学响应特性.与单一ITO薄膜相比,该ENZ复合超表面的非线性吸收系数和非线性折射率提高了2个数量级,并且可以有效增强三次谐波的产生.通过改变入射光的偏振状态,可以实现该复合超表面非线性折射和非线性吸收系数符号和大小的调控,并在x偏振入射条件下观察到最大～1.97 THz的蓝移.研究结果表明,该ENZ复合超表面可为发展高集成微纳光电器件提供材料平台,并可为微纳尺度下光场高效调控提供超快全光手段.     

二维材料的非线性光学性质

二维材料由于其独特的结构与物理性质具有广阔的应用潜力,在光子学、光电子学、电子学等许多方面已经取得了很大的进展.最近,大数据、光网络、微型光开关等方面的应用需求直接或间接促进了二维材料非线性光学性质方面的研究工作.本文综述了二维材料(包括单层、少层和悬浮液等)的非线性光学性质研究进展:首先简单介绍了几种常见的二维材料(石墨烯、过渡金属硫族化合物、黑磷等)和非线性光学的基本理论,然后主要介绍了二维材料在不同非线性效应(参量过程包括二次谐波、三次谐波和四波混频等,非参量过程包括饱和吸收、双/多光子吸收和非线性折射等)中的发展现状,并在相应部分对这些微纳材料在非线性光学领域的应用前景和未来可能的研究方向进行了展望.     

大气光通信光纤型自适应光学子系统的设计

ATP(the acquisition,tracking and pointing;自动捕获,跟踪和瞄准)技术是无线光通信、光学雷达探测等领域中的关键技术.进一步的提高其精度已十分困难,而且会造成设备的重量和成本的大幅提高.利用传播方向相反的相位共轭波具有自追迹的特性,可以克服大气信道对光波的随机扰动.利用光纤制作的器件具有小体积、小重量而且三阶非线性效应强的优点,可以制作空间光通信系统中的光学器件.本文采用共轭波的自追迹现象设计了一种可以进行高精度实时跟踪的光纤器件APT子系统,并测试了该系统的通信性能.     

点缺陷对波导的电场分布的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究二维常规光子晶体波导中加入点缺陷介质柱时,二维光子晶体波导的带隙结构与电场分布情况.其中点缺陷介质柱介电常数是空间坐标的函数,其函数形式为εr=kr+b,参数k和b的变化可以通过光学Kerr效应或电光效应来实现.结果表明,通过改变点缺陷介质柱介电常数的参数k和b以及点缺陷半径ra,可以调节光的传播方向和光场分布,从而可以控制光在波导中传播方向.因此当含点缺陷时,二维常规光子晶体波导的光场分布和光的传播方向具有可调性.这些理论为光学器件的设计提供有价值的新的设计思路.     

手性钙钛矿的光学活性及非线性光学研究进展

手性钙钛矿材料的光学性质研究是近年来的研究热点,有望应用于各类光电子器件中.同时,这类材料的非线性光学性质也引起了广泛关注,但是对相关研究进展的评述还很少.本综述总结了手性钙钛矿材料在光学活性和非线性光学方面的研究进展.首先,讨论了手性钙钛矿材料的基本结构及其构筑方法.其次,回顾了各类手性钙钛矿材料的光学活性,并总结了手性钙钛矿材料的非线性光学性质.最后,对手性钙钛矿材料在非线性光学领域的应用前景和挑战进行了总结和展望.     

非线性光学研究新进展

非线性光学的研究包括从物质与激发的相互作用的基本原理到用于光通信、医疗及生物技术的设备、元件和系统的研究。近些年来,围绕非线性光学的基础理论与应用研究主要集中源技术、光通信技术及材料的非线性调控等几个方面。在激光光源方面,强场和阿秒非线性光学得到了广泛的研究,白光激光光源也得到了人们的关注;在光通信领域,通过微纳结构光波导的设计来调控其色散特性,达到信号无损传输或光路集成的应用目的;而光学非线性研究离不开材料,因此,微腔和表面等离子体调控光学非线性成为人们研究的热点。     

Ge/Al-SiO2薄膜材料的非线性光学特性

采用磁控共溅射及后退火技术制备Ge,Al共掺SiO2薄膜,通过X射线衍射谱和傅里叶红外吸收谱对样品进行表征,并采用皮秒脉冲激光器的单光束Z扫描技术研究薄膜的三阶非线性光学特性.研究结果表明:薄膜材料对1 064nm的光具有自散焦和双光子吸收效应,薄膜的三阶极化率χ(3)为3.84×10-16 m2.V-2.薄膜材料的三阶非线性极化率比SiO2和GeO2均有显著的提高,说明薄膜材料中的纳米Ge颗粒的量子限域效应及双光子吸收效应是其产生非线性光学效应增强的主要原因,同时Al的掺杂也促进了材料的三阶非线性光学效应的增强.     

非线性绝热条件下的级联高效非线性光频转换

理论上研究了级联二阶非线性光学效应产生三次谐波中的非线性耦合与能量转移过程.依据受激拉曼绝热通道转移(STIRAP)原理和暗态特征,获得了非线性系统中的非线性绝热条件、分析了实现高效能量转换的物理机理,提出了实现能量完全转换时耦合系数应该满足的基本条件.研究结果对于设计产生三次谐波的光学器件具有重要意义.     

粉末倍频效应——一种探索非线性光学晶体材料的有效方法

本文描述了一种探索非线性光学晶体材料的有效方法——粉末倍频效应,并给出用此法探索一种新型非线性光学晶体——二氯二硫脲合镉(BTCC)的粉末倍频结果。结果表明,该方法是一种探索非线性光学晶体材料的准确、简便、迅速的方法。     

磁敏旋光玻璃与非线性导波光学

非线性导波光学是非线性光学中最年轻、最活跃的一个分支。1989年才召开第一届国际非线性导波光学学术会议,1990年在我国现别的稍微年长一些的现代光学分支一起,召开了第一届全国非线性导波光学会议。非线性导波光学包括在光波导和光纤中非线性现象的观察、理论研究、材料与器件研制及在光通讯,光计算,特殊传感领域及军事领域的应用。磁旋光现象是非线性现象中的一个分支。根据实际需要,我们首先进行了磁敏旋光玻璃的研制,并相继开展了应用研究。我们的终极目标是要在西安交通大学引进和发展非线性导波光学这一前沿新学科。 1.磁敏旋光玻璃及其应用偏振光沿外加磁场H方向通过磁性介质L时,其偏振面将旋转一个角度O,O与H×L成正比,比例系数即依赖介质磁和光谱学结构的Verdet常数。一百多年以前就发现了普通旋光现象与磁旋光现象,但只是到了本世纪     

首席科学家谈纳米技术的应用前景

光学应用纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性,如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系.研究表明,利用纳米微粒特殊的光学特性制备成各种光学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用.目前关于这方面研究还处在实验室阶段,有的得到推广应用. 　　……     

非线性热学:基于温度响应性的热超构材料设计

非线性现象与传热都是物理学中的重要内容,然而迄今还没有像非线性光学或声学那样一门成熟的“非线性热学”学科。在傅里叶定律描述的宏观热传导框架内,文章重点介绍了利用非线性材料的温度响应性,即热导率与温度直接相关或等效热阻因受热形变而产生变化,进行热超构材料设计的相关进展。基于非线性变换理论、非线性散射相消法及非线性导热复合材料的有效媒质理论,一系列具有灵活的热学调控功能的器件被设计与制备,包括智能超构材料、宏观热二极管、零能耗保温器、热学双稳器件等。这些工作有助推动“非线性热学”的发展。     

薄膜材料的非线性折射率和非线性吸收系数研究

介绍了用单光束纵向扫描技术(Z扫描)测量薄膜材料的三阶非线性光学效应方法,研究了薄膜材料的非线性吸收效应对其非线性折射率测量的影响.当非线性吸收和非线性折射共存时,非线性吸收效应使Z扫描闭孔的测量曲线峰谷不对称,当耦合因子ξ=β     

液体和固体中的空间自相位调制

本文简要介绍了非线性光学的起源与发展,重点关注非线性折射中的空间自相位调制.强激光照射非线性介质时,在远场可以观察到明显的明暗相间的条纹,称为相干环.本文从液体(以水为例)、液晶、低维材料悬浊液依次展开,阐述了不同物质形成相干环的机制.对于大部分液体,形成相干环的主要原因是热透镜效应.由于激光光强呈高斯分布,不同位置的液体被不同程度地加热,因此局部液体的折射率不再相同,从而产生了光程差(热透镜效应).相干环中蕴含了材料丰富的物理特性,但同时热效应会影响光学仪器的性能.深入了解空间自相位调制机制将有助于更好地利用或消除热透镜效应.     

自由电子激光器(摘要)

随着现代科学技术的发展,需要研究、应用从厘米波到X射线、Y射线波段上各种波长和各种功率的激光。但是以粒子数反转和非线性光学效应为基础的普通激光器,一般只能产生某一特定波长的激光,而且功率还不够强。所以无论在波长方面,还是对功率的要求方面,都还远不能适应生产和科研对激光技术的要求。近几年来,一种名为“自由电子激光器”的激光器件,在理论和实验两方面都得到了较好的研究成果。理论上讲,它似乎可以得到上述波段上任意波长的激光,且功率也可相当强,展示了它的广阔前景。所谓自由电子激光器是把从高能电子加速器得     

非线性光学效应在光纤通信中的应用研究

为了研究非线性光学效应在光纤通信中的应用,首先阐述了非线性光学的定义,探讨了非线性光学在光纤通信方面的应用发展．指出其研究展望．着重数值模拟了非线性光学效应在光纤通信中用作光纤拉曼放大器时的物理过程．结果表明：基于Chraplyvy模型能够较好地模拟出受激拉曼散射作为光纤拉曼放大器原理的过程．并且其程序运行效率高于采用洛仑兹模型．结论与文献相比有新的进展,为非线性光学的进一步理论、实验和应用研究提供了参考．