Niet-lineaire optica is een sleuteltechnologie van onze moderne samenleving, zoals in beeldvorming en high-speed datacommunicatie. Maar de traditionele apparaten hebben last van relatief kleine niet-lineaire optische coëfficiënten van conventionele optische materialen. Een interdisciplinair team van wetenschappers van Aalto University, Universiteit van Oost-Finland, Universiteit van Arizona, Cambridge Universiteit, Universiteit van Ottawa, Italiaans Instituut voor Technologie, en de Nationale Universiteit van Singapore, ontdekte dat monolaag molybdeendisulfide, een uniek tweedimensionaal (2-D) gelaagd materiaal vergelijkbaar met grafeen, heeft een extreem grote niet-lineaire optische respons, die laagenergetische fotonen efficiënt kan omzetten in coherente hoogenergetische fotonen.

"Deze ongebruikelijke eigenschap kan worden gebruikt voor zeer geminiaturiseerde on-chip fotonische apparaten, zoals beeldvorming met hoge resolutie en efficiënte toepassingen voor het schakelen van optische gegevens, " vertelt prof. Zhipei Sun van Aalto University, Finland.

De onderzoekers merkten ook op dat de niet-lineaire multifotonprocessen van dit materiaal erg gevoelig zijn voor het aantal lagen en de kristaloriëntatie. De onderzoekers toonden aan dat deze niet-lineaire optische processen ook kunnen worden benut voor snelle en betrouwbare karakterisering van vergelijkbare atomair dunne materialen. Dit is van groot belang in het onderzoek en de industrie.

"Onze gedemonstreerde multifoton-benadering is een paar ordes van grootte sneller dan de conventionele optische microscopiemethoden. Dit toont duidelijk het potentieel aan voor industriële materiaal- en apparaatkarakterisering van grote volumes en grote afmetingen voor de volgende generatie elektronica en fotonica, " zegt prof. Harri Lipsanen van Aalto University.

interessant, het internationale team ontdekte ook dat de niet-lineaire optische processen van hoge orde sterker zijn dan de lagere. Dit is in strijd met intuïtie, en is nogal verrassend, aangezien de intensiteit van niet-lineaire processen gewoonlijk afneemt met de volgorde in het leerboek. Prof. Nasser Peyghambarian, de Finland Distinguished Professor van het College of Optical Sciences aan de Universiteit van Arizona, VS, hoogtepunten:

"Zo'n unieke niet-lineaire optische respons is niet alleen interessant voor de fundamentele fysica, maar ook zeer opmerkelijk voor praktische toepassingen, zoals, microscopie, therapie, en data-switching."