功能性光電元件如二倍頻產生器在超高速通訊及資訊處理系統上有很高的需求量。倍頻(frequency doubling)的原理是激發非線性光學材料，使其發出頻率為入射光兩倍的光，然而此過程效率通常很差。最近美國學賓州大學的科家證實鍍銀的硫化鎘(CdS)奈米線能產生明顯增強二倍頻訊號，這些訊號不只可調還具有方向性，非常適合應用在光電系統中。 以往倍頻的增強方式，是透過非線性介電材料與金屬結構的耦合。當特定波長的光落在某些金屬結構上時，電子發生集合性振盪(表面電漿子共振)，導致非線性材料附近的局部電場與光強度增強。然而金屬-電介材料界面容易產生損耗，這種系統本身也不適合做為波導。 賓大團隊在Ritesh Agarwal的領導下將研究聚焦於奈米線上。然而，裸硫化鎘奈米線的倍頻訊號轉換效率約為10-9 W-1，這意味著需要極大的入射光能量，才能產生可用的倍頻輸出訊號。他們選擇將硫化鎘奈米線鍍上銀膜，然後將橫磁模(TM mode)雷射聚焦送進奈米線中，雖然橫磁模的光場主要集中在奈米線及批覆層界面，但此例中光場被牢牢侷限在硫化鎘中，這是因為銀產生的鏡面效應使光場在硫化鎘中重疊更多，使倍頻的產生更有效率，甚至為其他非線性材料的1000倍。 研究人員還發現，若將奈米線的寬度由200 nm改變至260 nm，可以使系統的共振波長調整在850至1050 nm之間，且此二階諧振訊號具有高度偏振化及方向性等光迴路所需之重要特性。研究人員還讓兩個硫化鎘奈米線波導靠近，證明奈米線能夠彼此耦合，這點有助於實際應用。 該團隊指出，此鍍銀奈米線要應用在光迴路之前，還有許多工作得做，例如需要其他元件(如調制器)並且進行優化。該團隊指出，另一項挑戰是要進一步降低功率並同時提高二次諧振波的產生，因為在高輸入功率下會有散熱的問題。詳見Nature Communications 5, 5432 (2014)。 |