Advanced Optical Materials:介电微球复合结构-点亮二维材料的非线性光学世界

非线性光学效应对于激光技术、超分辨显微成像等前沿光学技术的发展具有重要的作用。近期,二维材料由于其微小的尺寸、丰富的非线性光学特性而得到人们的广泛关注。然而,受限于较小的光与物质相互作用截面,二维材料的非线性光学效率并不高。尽管一些方案如表面等离激元、共振效应等已被用于增强二维材料的非线性光学效应,但这些方法存在可见光波段光学损耗大,制备工艺复杂等诸多不足之处,并不适合实际生产应用。

华中科技大学陆培祥教授带领的超快光学研究团队提出利用介电微球复合结构来增强二维材料的非线性光学效应。介电微球的光子喷流效应可以将光束聚焦到亚波长尺度,从而在近场实现高密度的能量聚焦,达到光场增强的效果。将介电微球与二维材料结合在一起构建复合介电结构,一方面可以利用光场增强以提高非线性转换效率,另一方面可以利用介电微球的定向发射以提高非线性信号探测效率。通过这一复合介电结构,研究人员先后使得二维钙钛矿材料的双光子荧光增强100倍,使得单层二硫化钨的二次谐波增强了20倍。同时,这些非线性复合介电结构还被分别应用于双光子荧光超分辨成像和非线性折射率探测,成像分辨率明显优于40×显微物镜的分辨率(>λ/1.65),折射率探测分辨率可低至0.001。

这种介电微球复合结构不仅能够较好地改善二维材料的非线性光学特性,而且工艺简单,成本低廉,可大面积制作,具有突出的实际应用前景。

相关研究工作发表在Wiley旗下期刊Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201707550)Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201801270)。

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