上圖所示，二次諧波效應(yīng)實(shí)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(shí)現(xiàn)這種非線性效應(yīng)，需要一個(gè)極性晶體，其中的結(jié)構(gòu)的反轉(zhuǎn)對(duì)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(gè)重要的研究課題。
對(duì)非線性光學(xué)現(xiàn)象如二次諧波效應(yīng)的觀測(cè)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(duì)稱性的反轉(zhuǎn)和強(qiáng)激光脈沖。在這項(xiàng)工作中使用鈣鈦礦鈷氧化物BiCoO3，其中一個(gè)頂角氧原子沿c軸移動(dòng)，在分子結(jié)構(gòu)中形成一個(gè)Co-O5錐形結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并在室溫中就會(huì)有自發(fā)極化現(xiàn)象。
對(duì)激光脈沖，其實(shí)現(xiàn)了電場(chǎng)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(duì)利用國際電機(jī)及系統(tǒng)開發(fā)的，并實(shí)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(duì)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(diǎn)。此外，這種效應(yīng)發(fā)生在100飛秒（10-13秒）的時(shí)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(hào)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)這些特殊材料機(jī)械細(xì)節(jié)的快速測(cè)量上。
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