Advanced Materials:基于微晶玻璃畴结构控制的非线性光学响应调控

微晶玻璃在结构上由晶相和玻璃相组成,而功能上可表现出“1+1>2”的超叠加效应,使其有可能实现单独晶体或玻璃难以实现的物理效应,如:负热膨胀系数的β-石英与正热膨胀系数的玻璃复合可以获得零热膨胀系数的微晶玻璃,成功应用于特大天文望远镜以及引力波探测卫星。横向二次谐波发射是一种特殊的二阶非线性光学过程,不易在常规的单畴晶体、周期多畴晶体(如单畴LiNbO3、周期极化多畴LiNbO3)实现。而在微晶玻璃中,微尺度的非线性晶体随机分散于玻璃相,相当于得到了随机畴结构的非线性晶体新系统,因此有可能实现横向二次谐波发射效应。

华南理工大学周时凤虞华康和合作者通过控制微晶玻璃的微观畴结构,实现了对其非线性光学响应的调控。在具有特定微观畴结构的微晶玻璃中实现了常规晶体或玻璃难以实现的特殊的非线性光学过程——横向二次谐波发射,并基于该非线性效应实现了超快光脉冲的群速度和脉宽的精确测量。相关结果发表在Advanced Materials上。

研究者们通过组分和工艺调控成功制备了具有不同畴结构的含LiNbO3微晶玻璃,并研究其非线性光学响应。发现不同畴结构的微晶玻璃展现出截然不同的非线性光学响应,并在高结晶度、纳米级晶粒尺寸的微晶玻璃中首次观测到了横向二次谐波发射现象。经典的非线性光学理论分析表明该种畴结构的微晶玻璃系统能很好满足横向二次谐波发射的三大条件:1. 高二阶有效非线性系数;2. 相位匹配;3. 脉冲交叠,从而为横向二次谐波发射提供了理想的材料载体。更近一步地,研究者们还利用微晶玻璃中横向二次谐波信号实现了超快脉冲群速度以及宽波段超短脉冲脉宽的精确测量。该结果展现了微晶玻璃在非线性光学功能上“1+1>2”的超叠加效应,开拓了微晶玻璃在超短脉冲监测领域的新应用。

博士研究生冯旭与伦逸鹏为论文的共同第一作者。周时凤教授和虞华康教授为共同通讯作者。

论文信息:

Manipulating Nonlinear Optical Response via Domain Control in Nanocrystal‐in‐Glass Composites

Xu Feng, Yipeng Lun, Xiaofang Jiang, Jianrong Qiu, Huakang Yu*, Shifeng Zhou*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202006482