Naturlig tredimensionel ikke-lineær fotonisk krystal

Ikke-lineære fotoniske krystaller (NPC'er) er transparente materialer, der har en rumligt ensartet lineær modtagelighed, dog en periodisk moduleret kvadratisk ikke-lineær modtagelighed. Disse konstruerede materialer bruges i vid udstrækning til at studere ikke-lineær bølgedynamik og i mange videnskabelige og industrielle anvendelser. I løbet af de sidste to årtier, der har været en kontinuerlig indsats for at finde en teknik, der muliggør konstruktion af tredimensionelle (3-D) NPC'er. En sådan kapacitet vil muliggøre mange nye systemer til manipulation og kontrol af ikke-lineære optiske interaktioner.

Indtil nu, kun to kunstige 3-D NPC'er er blevet konstrueret ved hjælp af femtosekund laserpoling i ferroelektrisk LiNbO ₃ og Ba _0,77 Ca _0,23 TiO ₃ krystal. Imidlertid, begge ikke-lineære krystaller har kun op-ned ferroelektriske domæner og ingen rumligt roterende polarisering. Derfor, krystalskæringsvinklen og indfaldende lyspolarisering er stadig begrænset til at udnytte den maksimale ikke-lineære koefficient. Den 3-D rumlige rotation af ferroelektriske domæner kan bryde det stive krav til indfaldende lys i almindelige ikke-lineære fotoniske krystaller, men synes vanskeligt at nå med traditionel el- eller lysstangsteknik.

I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og applikationer , forskere fra State Key Laboratory of Crystal Materials og Institute of Crystal Materials, Shandong Universitet, Kina, og kolleger viste et naturligt kalium-tantalat-niobat (KTa _0,56 NB _0,44 O ₃ , KTN) perovskit ikke-lineær fotonisk krystal med 3-D spontane Rubiks domænestrukturer. Den udviser Curie-temperaturen nær stuetemperatur ved 40°C. Rubiks domænestruktur er sammensat af 90° og 180° domæner med forskellig polarisationsretning. Derfor, de ferroelektriske domænestrukturer arrangeret i KTN-krystal ville levere rige 3-D reciproke vektorer for at kompensere fase-mismatch langs vilkårlig retning. Baseret på denne 3-D KTN ikke-lineære fotoniske krystal, en anden harmonisk generation med fire-fold mønsterplet blev demonstreret, som har vist sig at være superpositionen af ​​to ortogonale polarisationstilstande i forskellige ikke-lineære diffraktionstilstande.

"KTN krystal indeholder 3-D ferroelektriske polarisationsfordelinger svarende til de rekonfigurerede andenordens følsomheder, som kan give rige reciproke vektorer til at kompensere fasemismatch langs en vilkårlig retning og polarisering af indfaldende lys, " tilføjede de.

"KTN krystal er let kompatibel med laserskriveteknikker, antyder således lovende muligheder for at skabe hierarkisk ikke-lineær optisk modulation. Derfor, denne 3-D ikke-lineære fotoniske krystal i perovskit ferroelektrik ville finde en bred vifte af anvendelser inden for optisk kommunikation, kvanteforviklingskilder, ikke-lineær billeddannelse, og on-chip signalbehandling, "forudsiger forskerne.