离子晶体中声子极化子对THz频率光学非线性的显著增强

       在过去的几十年中，非线性光学在基础研究和应用领域均有了长足的发展。在大多数材料中，只有电子非线性占主导地位，而离子贡献可以忽略不计，只能在高峰值观察到近红外光意外的光学非线性。然而，太赫兹频率范围内的非线性过程很难实现，与光学激光脉冲相比，用现有技术产生的太赫兹脉冲的峰值电场仍然相对较低。近来有研究人员在微波实验中证明，离子对非线性的贡献可能远大于电子对非线性的贡献。在太赫兹 (THz) 范围内，声子极化子有助于显著触发晶体的离子非线性，从而进一步增强非线性光学磁化率。

       近日，南开大学物理学院微波非线性光学教育部重点实验室的许京军教授和吴强教授团队通过实验证明了在太赫兹频率下的强二阶光学非线性，比可见光和微波区域高几个数量级。与以往的工作不同，声子光耦合是在相位匹配设置下实现的，非线性太赫兹产生的动态过程是使用时间分辨成像技术在薄膜波导中直接观察到的。此外，该团队提出了对Huang方程的非线性修正来解释观察到的非线性增强。声子极化引起的THz频率的强非线性可用于产生THz超连续谱或THz频率梳，可应用于具有特征THz指纹的许多物理、化学和生物系统。此外，离域声子极化子还可以增强高频光的非线性磁化率，电子通过与离域声子极化子的耦合而继承离域声子极化子的巨大非线性，这对于半导体中自旋量子位的光学控制有重要意义。相关研究发表在《Nature Communications》上。（钟雨豪）

       文章链接：Lu, Y., Zhang, Q., Wu, Q. et al. Giant enhancement of THz-frequency optical nonlinearity by phonon polariton in ionic crystals. Nat Commun 12, 3183 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23526-w