陳根：寬帶隙半導體材料，推進非線性光學技術進步_風聞

文/陳根

寬帶隙半導體材料作為一種重要的光電器件材料，已被廣泛應用於藍續發光、強測、太陽能電池、光電開關以及傳感器等方面，近年來由於它們能被研製成短波半導體激光器**，**越來越受到人們的重視。

而超快非線性光子學的研究，也是眾多領域的焦點。在光學成像領域，一些非線性光學機制，如多光子激發熒光、相干拉曼和諧波信號產生等已經得到廣泛的應用，這些系統往往具有更深的樣品穿透深度、內在光學層析能力、高靈敏度、高時間分辨率以及攜帶相位敏感信息等優勢。

另外，系統中自由度的增加，例如可以對波前、相位、頻譜和空間模式進行調控，也給發展新的光學成像技術帶來更多契機，以滿足來自各應用需求對超快時間解析度、高空間分辨率和表徵能力等不斷提出的挑戰。同時，基於超快非線性光學中脈衝鎖模和光譜變換機制，光學和微波也得以相干融合，不同電磁波頻段的電場調控、信號處理以及探測轉換都可以互相借鑑。

更為重要的是，**超快非線性光子學實現了在先進芯片上光譜學和信息處理中的大量應用。尤其後者能以超過皮秒時間尺度和適合集成光子學的亞毫米尺度來調製光學脈衝。**儘管在這一領域取得了巨大的進展，但目前還沒有為紫外線（UV）光譜範圍提供這種功能的平台。

現在，包括EPFL在內的一個國際科學家團隊已經在一個由氮化鋁銦鎵製成的波導中實現了紫外光-物質混合態（激子-極子）的巨大非線性，該波導是固態照明技術（如白色LED）和藍色激光二極管背後的一種寬帶隙半導體材料。

科學家們使用了一個100微米長的裝置測量了紫外線脈衝的超快非線性光譜增寬，其非線性比在普通紫外線非線性材料中觀察到的要大1000倍，這與非紫外線偏振子裝置相當。使用氮化鋁銦鎵是向用於先進光譜學和測量的新一代集成紫外非線性光源邁出的重要一步。

該系統是一個高度穩健和成熟的半導體平台，在紫外光譜範圍內顯示出強激子光學轉換，並且在室温下有着同樣的表現。系統中的非線性激子相互作用且可與其他偏振子材料系統中的相互作用相媲美，例如砷化鎵和過氧化物，但是，它們不能在紫外線和室温下同時工作。

該研究由謝菲爾德大學、聖彼得堡ITMO、查爾姆斯理工大學、冰島大學和EPFL基礎科學學院物理研究所的LASPE合作完成，目前相關成果發表在《自然通訊》上。未來，期待該研究能帶給人們新的驚喜。