倍頻新利器─電漿子奈米杯

美國科學家研發出一種能將紅光轉變為藍光的新材料，此倍頻（frequency doubling）技術又稱為二次諧波產生（second harmonic generation, SHG），是利用名為奈米杯（nanocup）的特殊三維電漿子奈米結構來達成。

二次諧波產生（second harmonic generation, SHG）。圖片來源：維基百科（http://0rz.tw/diLOF）

SHG 是一項重要的非線性光學過程，自 1960 年代起便開始被用來製作新光源或應用在度量衡領域中。在 SHG 過程中，兩個光子會轉變成能量加倍的單一光子，其頻率為原來光子的兩倍而波長則為原來的一半。目前，SHG 通常是利用非線性介質（nonlinear media）如某些光學晶體（optical crystal）來產生，而且為雷射產業廣泛採用，譬如以波長 1064 nm 的光源來產生波長 532 nm 的綠光雷射。

最近，萊斯（Rice）大學的 Naomi Halas 等人製造出一種可產生倍頻光的非線性光學材料，稱為奈米杯。結構含有介電奈米微粒，其上覆蓋半圓形金屬層（此實驗採用金）。此元件具有電漿子共振（plasmonic resonance）行為，亦即金屬傳導電子的集合振盪，在某些頻率下會與光波產生強烈的交互作用。該團隊證明此結構的共振對光的電場及磁場有反應，因此展現獨特的光折射性質。

該研究團隊把磁性電漿子共振的頻率調至與波長 800 nm 入射光線一致，便能從各個奈米杯上產生紫外波段的二次諧波。他們利用 CCD 攝影機記錄並分析波長 40 nm 的 SHG 散射光，發現藉由增加入射光與奈米杯對稱軸的夾角可提升 SHG 強度。

Halas 指出，他們所採用的技術在效率上與具相同厚度的一般非線性光學晶體旗鼓相當，這點有助於其他相似類型的非線性光學材料研發，目標為使其能在某些特定波長工作，或者是現行非線性光學材料無法處理的頻率。該團隊表示，此新型奈米杯結構可整合至矽光電子學中，在未來可作為晶片光源或應用於測量上，並可望用來製造光電元件，像是光學參數振盪器或放大器、電光或聲光調制器。詳見 Nano Lett. | DOI: 10.1021/nl2033602。

譯者：劉家銘（逢甲大學光電學系）
責任編輯：蔡雅芝
原文網址：Frequency doubling with nanocups—nanotechweb.org

本文來自 NanoScience 奈米科學網 [2011-12-12]