“微腔表面对称性破缺诱导非线性光学”入选2019年度中国光学十大进展

“2019年度中国光学十大进展”于3月20日揭晓,经过首轮推荐、初评、终评三个环节,最终20项优秀的光学成果脱颖而出(基础研究类与应用研究类各10项)。其中,北京大学物理学院的研究成果“微腔表面对称破缺诱导非线性光学”入选基础研究类进展。

“微腔表面对称破缺诱导非线性光学”研究成果由北京大学物理学院、纳光电子前沿科学中心肖云峰教授和龚旗煌院士领导的研究团队与其合作者完成。该项目的详细介绍如下:二阶非线性光学效应是现代光学研究与应用中最重要的非线性光学过程之一。由于结构反演对称性的限制,常用的硅基光子学材料往往不具备二阶非线性电偶极响应。借助材料的表面或界面,这种反演对称性可以被打破,进而诱导出二阶非线性光学响应。然而,传统的表非线性光学效应转换效率极低,且体相电四极响应严重地干扰表面对称性破缺诱导的非线性信号分析。在本项研究工作中,课题组人员利用超高品质因子回音壁光学微腔在实验上获得了高亮度的二次谐波和二次和频信号。研究人员发展了一种动态相位匹配方法,利用光学微腔中热效应和光学克尔效应的相位调制,高效地实现了基波和谐波信号同时与微腔模式共振,实验上获得的二次谐波转换效率相比传统表面非线性光学增强了14个数量级。研究人员进一步通过对基波偏振和二次谐波模式场分布的测量分析,成功提取得到只有表面对称性破缺诱导的非线性信号,排除了体相电四极响应的干扰。这种表面对称性破缺诱导的非线性信号有望作为一种超高灵敏度的无标记“探针”,用来检测和研究材料表面分子的结构、排布、吸收等物理与化学性质,为表面科学研究与应用提供了一个全新的物理平台。研究成果发表于《自然·光子学》上,文章题为“Symmetry-breaking-induced nonlinear optics at a microcavity surface”。

“2019年度中国光学十大进展”评选委员会由48位光学与光子学领域的专家组成,综合考虑候选成果的学术价值和应用价值,从候选进展中初评30项进入终评,并以无记名投票方式产生“2019年度中国光学十大进展”。

相关研究论文链接: https://www.nature.com/articles/s41566-018-0297-y

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