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非線性光學(xué)晶體能從飛秒時間尺度改變激光顏色

 據(jù)悉,來自于日本東京工業(yè)大學(xué)和日本京都大學(xué)物質(zhì)-細胞統(tǒng)合科學(xué)院(iCems)的科學(xué)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(fā)氧化鉍(BiCoO3)的二次諧波發(fā)生(SHG)效應(yīng)。

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

  應(yīng)用SHG將激光的頻率翻倍(因此改變其顏色)必須反轉(zhuǎn)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(xué)領(lǐng)域。

  觀察像SHG這種非線性光學(xué)晶體現(xiàn)象必須有一個有限的二階電極化率,它出現(xiàn)于沒有反轉(zhuǎn)對稱性的所有極性結(jié)構(gòu)、強激光或脈沖內(nèi)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(fā)性極化。

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

  日本東京工業(yè)大學(xué)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(xiàn)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(xué)晶體的質(zhì)量因數(shù)。除此之外,這種效應(yīng)出現(xiàn)于100fs時間刻度上,表明這種性質(zhì)可應(yīng)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(fā)態(tài)的研究將考慮高階非線性光學(xué)晶體響應(yīng)及使用太赫茲脈沖的超快結(jié)構(gòu)測量,以闡明這些令人著迷的材料的更多技術(shù)應(yīng)用。

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