石墨烯等材料可以捕獲光子，將它們結(jié)合起來(lái)，并產(chǎn)生更強(qiáng)大的光束。 這一特性起因于被稱為光諧波的物理現(xiàn)象，這種物理現(xiàn)象是非線性材料的特有的特征。 非線性光學(xué)效應(yīng)可用于各種應(yīng)用，包括激光技術(shù)，材料加工和通信。

雖然所有的材料本都應(yīng)表現(xiàn)出這樣的物理特性，但這個(gè)過(guò)程的效率通常很小，且不能從外部控制。目前，劍橋（英國(guó)），米蘭和熱那亞（意大利）的石墨烯旗艦項(xiàng)目的合作伙伴們首次展示了石墨烯不僅顯示出良好的光學(xué)響應(yīng)，而且還展示了如何使用電場(chǎng)控制這種效應(yīng)的強(qiáng)度 （Nature Nanotechnology，“Broadband, electrically tuneable, third harmonic generation in graphene”）。

三次諧波產(chǎn)生（THG）的電場(chǎng)控制可以在單層石墨烯上實(shí)現(xiàn)。在THG中，三個(gè)低頻光子（紅色）合成產(chǎn)生一個(gè)高頻（藍(lán)色）光子。因此，THG可用于光學(xué)變頻器。（圖片來(lái)源：Giancarlo Soavi，劍橋大學(xué)）

研究人員們?cè)O(shè)想創(chuàng)造新的石墨烯光開(kāi)關(guān)，它還可以利用新的光頻率沿光纜傳輸數(shù)據(jù)，從而增加可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。目前，大多數(shù)使用非線性光學(xué)的商業(yè)設(shè)備僅用于光譜學(xué)領(lǐng)域。石墨烯可能為制造超寬帶應(yīng)用的新器件鋪平道路。

“我們的工作表明，通過(guò)調(diào)整施加的電場(chǎng)，石墨烯中的三次諧波產(chǎn)生效率可以提高10倍以上，”該論文的第一作者、英國(guó)劍橋大學(xué)劍橋石墨烯中心的Giancarlo Soavi解釋道。

“作者們?cè)俅伟l(fā)現(xiàn)了石墨烯的一些獨(dú)特之處：THG在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)的可調(diào)諧性，隨著越來(lái)越多的應(yīng)用擴(kuò)展到全光波段，我們的研究為多種技術(shù)鋪平了道路，”西班牙巴塞羅那光子科學(xué)研究所（ICREA）Frank Koppens教授說(shuō)道。Frank Koppens教授是石墨烯旗艦項(xiàng)目中光子學(xué)和光電子工作包的領(lǐng)導(dǎo)者。

石墨烯旗艦科學(xué)技術(shù)指揮官、管理委員會(huì)主席Andrea C. Ferrari教授補(bǔ)充道，“在光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域，石墨烯永遠(yuǎn)不會(huì)停止讓我們吃驚。”他還強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“石墨烯旗艦公司已經(jīng)投入巨資對(duì)石墨烯的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，這項(xiàng)合作可以使光學(xué)器件的工作頻率范圍比以往更寬，從而使更大量信息可以可能處理或傳輸”。