非線性光學(xué)是研究光如何與物質(zhì)相互作用的，對許多光子應(yīng)用至關(guān)重要，從我們大家熟悉的綠色激光指針到量子光子學(xué)的強(qiáng)寬帶（白光）光源，可以實現(xiàn)光量子計算、超分辨率成像、光學(xué)傳感和測距等。通過非線性光學(xué)，研究人員正在發(fā)現(xiàn)使用光的新方法，從近距離觀察物理學(xué)、生物學(xué)和化學(xué)中的超快過程，到增強(qiáng)通信和導(dǎo)航、太陽能采集、醫(yī)學(xué)測試和網(wǎng)絡(luò)安全。
哥倫比亞工程公司的研究人員報告說，他們開發(fā)了一種新的、有效的方法來調(diào)制和增強(qiáng)一種重要類型的非線性光學(xué)過程，即光學(xué)二次諧波生成，他們在六邊形氮化硼多層堆疊中，通過微機(jī)械旋轉(zhuǎn)，兩個輸入的光子結(jié)合在一起，產(chǎn)生一個能量為兩倍的光子。該研究已于2021年3月3日在線發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。
氮化硼晶體被蝕刻成微轉(zhuǎn)子形狀，并由原子力顯微鏡尖端推動。通過這種方式，界面晶格結(jié)構(gòu)（放大插圖）的對稱性被動態(tài)調(diào)整，從而產(chǎn)生調(diào)制的光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換效率。這是二維材料領(lǐng)域的一個熱門話題，即探索如何使一層相對于另一層的扭曲或旋轉(zhuǎn)能夠改變分層系統(tǒng)的電子特性，這在三維晶體中是無法做到的，因為原子在三維網(wǎng)絡(luò)中緊密地結(jié)合在一起。
科學(xué)家現(xiàn)在可以在非常小，只有幾個原子層厚度的體積中實現(xiàn)巨大的非線性光學(xué)響應(yīng)實現(xiàn)，例如，糾纏光子的產(chǎn)生，并具有更緊湊的，芯片兼容的足跡。此外，響應(yīng)是完全可以按需調(diào)整的。該小組發(fā)現(xiàn)，范德華多層晶體為工程光學(xué)非線性提供了另一種解決方案。得益于極弱的層間力，研究人員可以通過微機(jī)械旋轉(zhuǎn)輕松操縱相鄰層之間的相對晶體取向。憑借在原子層極限控制對稱性的能力，他們分別用微轉(zhuǎn)子器件和超晶格結(jié)構(gòu)展示了對光學(xué)二次諧波產(chǎn)生的精確調(diào)諧和巨大增強(qiáng)。
