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'TudingOptics'产生可调的非线性光学响应

04 Apr 2021
TwistOptics.
氮化硼晶体的两个板相对于彼此动态扭曲。在某些角度下,由于微机械对称断裂,可以有效地将进入的激光有效地转换为更高的能量光。 (礼貌:Nathan R Finney和Sanghoon Chae / Columbia Engineering)

美国的研究人员表明,2D材料可用于创建可调光学二次谐波产生。它们通过相对于彼此旋转六边形氮化硼层,产生高效可控的光学响应来实现这一点。研究人员说,这可以具有在一系列基于激光的应用中的应用程序,并且可以提供一种用于为量子信息处理和计算产生缠结光子的紧凑方式。

光学频率转换是一个非线性过程,其中材料用于产生不同颜色或频率的光线,或者频率。这可以被利用以在没有方便的激光源的频率下产生光并且用于许多应用,例如量子光子,超分辨率成像和光学感测。二次谐波产生是一种常见的频率转换类型,其中组合两个输入光子以产生一个具有两倍能量的光子。

例如,普遍存在的绿色激光指示器,例如,使用二次谐波生成到频率双红外激光至绿色。这比产生绿色激光更简单和便宜。但与大多数非线性光学过程一样,它依赖于晶体。晶体的刚性结构使得控制输出信号并改变困难的任何方面,因为您可以’T易于调整它们的光学性质。 “如果你想制作[绿色激光指针],例如,那将是真的很难的不同的绿色阴影,”解释 詹姆斯·舒克是哥伦比亚大学的机械工程师。

除了调整二次谐波生成响应的输出频率,您可能还想调制它,使其变亮或调光。您可以通过调整激光源来执行此操作,但优选具有恒定的源并调整材料本身的非线性响应。还可以通过将电压施加到晶体或用超快激光脉冲施加电压来调制输出。

然而,Shuft和他的同事们想知道可以使用为“扭曲的方法”的方法来实现更好的可调谐二次谐波产生,这是一种技术,其中两层2D材料被扭曲或旋转,相对于彼此旋转。这种旋转改变了材料的电子特性,研究人员对其对超导和绝缘的影响特别感兴趣。 “它不是’对于我们来说,我们可能也可能改变光学性质,“谢谢说。

在工作中描述的 科学推进,研究人员旋转六边形氮化物层,以实现高度可调谐的第二谐波产生。他们发现,该技术使它们能够调制二次谐波产生的输出强度,其比使用施加到光学晶体的电脉冲或激光器的可实现的10倍的输出强度。这种高调性也持续在可见光谱中的宽频带上。

为了相对于彼此旋转两层氮化物,研究人员将顶层蚀刻成齿状形状或微旋转器。然后,它们使用原子力显微镜(AFM)推动并换档该顶层。这允许它们动态调整层的对称性,调整光学响应。

Experiment schematic

研究人员已经命名为“TwistOptics”这个技术。 Shuft说,概念与许多其他2D材料合作。然而,氮化硼特别好,因为它可以在很宽的输入频率上产生二次谐波产生响应。

谢尔告诉 物理世界 扭曲可用于在量子光学和量子信息中产生用于应用的缠结光子。该过程基本上是二次谐波产生的反向。将高能光子送入材料中并分成两光子。这些光子是量子缠结的。

有晶体可用,可以执行这种下变转换并产生缠结的光子,但它们相当大。 Shuft说,通过堆叠多层的2D材料层,可以产生许多扭曲的接口以在非常薄的材料中产生非常有效的非线性光学响应。并且还原材料的物理尺寸,这将提供更多对输出频率和强度的控制。

“我们努力看看我们是否可以创造纠缠的光子,”谢尔告诉 物理世界.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者