在飞秒时间尺度下改变激光的颜色

　　怎样改变激光的颜色？一种流行的方法是使用所谓的二次谐波（SHG）效应，它使光的频率加倍，从而改变其颜色。然而，若实现这种非线性效应，需要一个极性晶体，其中的结构的反转对称性被破坏。因此，发现能引起强倍频的晶体是材料科学中一个重要的研究课题。

　　对非线性光学现象如二次谐波效应的观测需要结构中具有有限的二阶电极化率，它发生在任何极性结构中，而不需要对称性的反转和强激光脉冲。在这项工作中使用钙钛矿钴氧化物BiCoO3，其中一个顶角氧原子沿c轴移动，在分子结构中形成一个Co-O5锥形结构，产生非对称结构，并在室温中就会有自发极化现象。

　　对激光脉冲，其实现了电场强度达到到约每厘米1 MV的太赫兹能量区域的强电磁波，是由Hideki Hirori和他的团队利用国际电机及系统开发的，并实现了BiCoO3晶体的非线性超快控制。

　　东京工业大学的同事Yoichi Okimoto对于BiCoO3晶体在室温下太赫兹照射下二次谐波强度的变化情况特别感兴趣。值得注意的是，二次谐波效应空前增强了超过50%，这表明使用这种方式的太赫兹激光可以显著改善非线性晶体的优点。此外，这种效应发生在100飞秒（10-13秒）的时间尺度，这可能适用于一些超高速光电子器件。

　　从物理机制上说，二次谐波信号的超快的增强可以理为在d-d跃迁过程即从电子穴的占用到不占用的过度，太赫兹脉冲的很宽的能带内都是存在的。光激发的电子由于光电效应拉长了晶体中Co-O5锥形结构上的顶端的氧原子，从而增加其结构的极性（因此形成二阶电极化率）。

　　在未来的研究中，研究重点将在于光激发状态的BiCoO3和其它极性氧化物材料的高阶非线性光学响应，以及使用太赫兹脉冲实现这些特殊材料机械细节的快速测量上。