在飛秒時間尺度改變激光的顏色上圖所示,二次諧波效應(yīng)實現(xiàn)了將入射的紅光轉(zhuǎn)換為藍(lán)光。而用太赫茲激光脈沖照射能顯著提高陶瓷的倍頻效應(yīng)。 怎樣改變激光的顏色?一種流行的方法是使用所謂的二次諧波(SHG)效應(yīng),它使光的頻率加倍,從而改變其顏色。然而,若實現(xiàn)這種非線性效應(yīng),需要一個極性晶體,其中的結(jié)構(gòu)的反轉(zhuǎn)對稱性被破壞。因此,發(fā)現(xiàn)能引起強(qiáng)倍頻的晶體是材料科學(xué)中一個重要的研究課題。 對非線性光學(xué)現(xiàn)象如二次諧波效應(yīng)的觀測需要結(jié)構(gòu)中具有有限的二階電極化率,它發(fā)生在任何極性結(jié)構(gòu)中,而不需要對稱性的反轉(zhuǎn)和強(qiáng)激光脈沖。在這項工作中使用鈣鈦礦鈷氧化物BiCoO3,其中一個頂角氧原子沿c軸移動,在分子結(jié)構(gòu)中形成一個Co-O5錐形結(jié)構(gòu),產(chǎn)生非對稱結(jié)構(gòu),并在室溫中就會有自發(fā)極化現(xiàn)象。 對激光脈沖,其實現(xiàn)了電場強(qiáng)度達(dá)到到約每厘米1 MV的太赫茲能量區(qū)域的強(qiáng)電磁波,是由Hideki Hirori和他的團(tuán)隊利用國際電機(jī)及系統(tǒng)開發(fā)的,并實現(xiàn)了BiCoO3晶體的非線性超快控制。 東京工業(yè)大學(xué)的同事Yoichi Okimoto對于BiCoO3晶體在室溫下太赫茲照射下二次諧波強(qiáng)度的變化情況特別感興趣。值得注意的是,二次諧波效應(yīng)空前增強(qiáng)了超過50%,這表明使用這種方式的太赫茲激光可以顯著改善非線性晶體的優(yōu)點。此外,這種效應(yīng)發(fā)生在100飛秒(10-13秒)的時間尺度,這可能適用于一些超高速光電子器件。 從物理機(jī)制上說,二次諧波信號的超快的增強(qiáng)可以理為在d-d躍遷過程即從電子穴的占用到不占用的過度,太赫茲脈沖的很寬的能帶內(nèi)都是存在的。光激發(fā)的電子由于光電效應(yīng)拉長了晶體中Co-O5錐形結(jié)構(gòu)上的頂端的氧原子,從而增加其結(jié)構(gòu)的極性(因此形成二階電極化率)。 在未來的研究中,研究重點將在于光激發(fā)狀態(tài)的BiCoO3和其它極性氧化物材料的高階非線性光學(xué)響應(yīng),以及使用太赫茲脈沖實現(xiàn)這些特殊材料機(jī)械細(xì)節(jié)的快速測量上。 |