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激光烧蚀合成的非线性光学纳米粒子 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2022-06-02

导读：非线性光学纳米粒子器件的最新进展

非线性光学的研究始于1961年Franken等人首次观察到二次谐波的产生，在此之后，各种非线性光学效应被发现，从而使得这一领域不断发展并成为现代光学的一个重要分支。经过多年的历练，非线性光学已经成为一个重要的研究方向，在激光制造、纳米结构制造、传感器设计、光电子学、生物光子学、量子光学等领域有着广泛的应用。其中非线性光学材料是其基础构件，对科学研究、工业以及军用等领域至关重要。

纳米技术为设计新材料和打破非线性光学的传统限制铺平了道路，在非线性光学材料领域，纳米粒子是被广泛研究的重要成员之一。与其他大体积材料相比，纳米粒子具有众多优势，例如：

（1）纳米粒子的等离激元特性可以通过对其组成、形状和几何形状进行改造来改变，这为满足不同应用的要求提供了极大的灵活性；

（2）纳米粒子的表面可以很容易地被多种有机分子功能化，这使得非线性光学纳米粒子对于不同的基质具有高度的灵活性且可以相对容易的与其他技术集成；

（3）超强的稳定性和相容性。

由于上述优点，纳米粒子被广泛用于非线性光学领域。然而，对于纳米粒子的合成，如何制备大规模、高重复性和低成本的非线性光学纳米粒子仍然是一个挑战。为了应对这一挑战，科研人员研究了各种合成方法，其中化学和激光烧蚀是两种主要的合成方法。

化学方法是一种传统的制备工艺，可用于工业规模的生产；而激光烧蚀是一种更直接、更环保、更通用的非线性光学纳米粒子合成方法，为基于非线性光学纳米粒子的应用提供了极大的灵活性和可能性。

在此背景下，新加坡国立大学Hong Minghui教授等人综述了激光烧蚀合成非线性光学纳米粒子的发展和最新进展，展示了其增强性能和多功能的能力。其综述涵盖了光学非线性吸收的理论、激光烧蚀的实验过程、应用和展望等内容，已发表在Opto-Electronic Science中。

通过激光烧蚀制造的非线性光学纳米粒子

非线性光学效应根据相应的光属性可以分为三个部分：

（1）非线性效应调制光波长；

（2）非线性效应调制光折射；

（3）非线性效应调制光幅度/强度。

在这篇综述中，作者主要对与光幅度和强度相关的第三组非线性光学效应进行了相应的说明。可饱和吸收和光限幅是描述材料系统传输变化的两种非线性现象。可饱和吸收是光吸收随光强增大而减小的过程，也即具有可饱和吸收的材料在更强的入射光照射下往往更“透明”，利用这一特性可以将可饱和吸收材料用于高功率激光器中。

而光限幅是一种完全相反的效果，当材料被激光照射时，在低强度激光照射下材料具有高的透过率，而在高强度激光照射下具有低的透过率。利用这一特性可以将其应用于防护材料、军用武器、光开关以及高功率激光源等众多领域中。

然而，这两种效应却面临着相同的瓶颈，即复杂的设计和高成本的高功率激光器，而具有优异非线性特性的材料极有可能是解决这一瓶颈的关键。

这篇综述总结了这个方向以及非线性光学纳米粒子器件的最新进展，对激光烧蚀的物理、实验系统、参数选择、非线性光学纳米粒子的结果和应用进行了总结，并侧重于以一系列案例研究为基础的方法论。

除了涵盖的主题之外，非线性光学元件对于各种新兴研究前沿至关重要，例如超快光学、高功率激光器、纳米光子学和人工智能信息处理。他们还表示由于其简单的过程、快速的速度和灵活的材料选择，激光烧蚀合成纳米粒子被证明是一种绿色、高效和通用的物理方法，可用于快速一步合成和潜在的大规模生产，而最新的研究工作更是为其带来了新的机遇和潜力。

论文链接：

DOI: 10.29026/oes.2022.210007

本文由光电汇王越编译，如需转载请注明。