Niet-lineaire fotonische kristallen (NPC's) zijn transparante materialen met een ruimtelijk uniforme lineaire gevoeligheid, toch een periodiek gemoduleerde kwadratische niet-lineaire gevoeligheid. Deze technische materialen worden veelvuldig gebruikt voor het bestuderen van niet-lineaire golfdynamica en in veel wetenschappelijke en industriële toepassingen. In de laatste twee decennia, er is een voortdurende inspanning geweest om een ​​techniek te vinden die de constructie van driedimensionale (3D) NPC's mogelijk maakt. Een dergelijke mogelijkheid zal veel nieuwe schema's van manipulatie en controle van niet-lineaire optische interacties mogelijk maken.

Tot nu toe, er zijn slechts twee kunstmatige 3D-NPC's geconstrueerd met behulp van femtoseconde laserpoling in ferro-elektrisch LiNbO ₃ en Ba _0,77 Ca _0,23 TiO ₃ kristal. Echter, beide niet-lineaire kristallen hebben alleen up-down ferro-elektrische domeinen en geen ruimtelijk roterende polarisatie. Daarom, de kristalsnijhoek en de polarisatie van invallend licht zijn nog steeds beperkt om de maximale niet-lineaire coëfficiënt te gebruiken. De 3D ruimtelijke rotatie van ferro-elektrische domeinen kan de starre eis van invallend licht in gewone niet-lineaire fotonische kristallen doorbreken, maar lijkt moeilijk te bereiken met traditionele elektrische of lichtpolingtechniek.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , wetenschappers van het State Key Laboratory of Crystal Materials en Institute of Crystal Materials, Shandong-universiteit, China, en collega's toonden een natuurlijk kalium-tantalaat-niobaat (KTa _0,56 Nb _0,44 O ₃ , KTN) perovskiet niet-lineair fotonisch kristal met 3D spontane Rubik's domeinstructuren. Het vertoont de Curie-temperatuur van bijna kamertemperatuur bij 40 ° C. De domeinstructuur van Rubik is samengesteld uit 90 ° en 180 ° domeinen met verschillende polarisatierichtingen. Vandaar, de ferro-elektrische domeinstructuren gerangschikt in KTN-kristal zouden rijke 3-D reciproke vectoren leveren om fase-mismatch langs willekeurige richting te compenseren. Gebaseerd op dit 3-D KTN niet-lineaire fotonische kristal, een tweede harmonische generatie met viervoudige patroonvlek werd aangetoond, waarvan is bewezen dat het de superpositie is van twee orthogonale polarisatietoestanden in verschillende niet-lineaire diffractiemodi.

"KTN-kristal bevat 3-D ferro-elektrische polarisatieverdelingen die overeenkomen met de opnieuw geconfigureerde gevoeligheid van de tweede orde, die rijke reciproke vectoren kan bieden voor het compenseren van fasemismatch langs een willekeurige richting en polarisatie van invallend licht, " voegden ze eraan toe.

"KTN-kristal is gemakkelijk compatibel met laserschrijftechnieken, wat veelbelovende kansen suggereert om hiërarchische niet-lineaire optische modulatie te creëren. Daarom, dit 3-D niet-lineaire fotonische kristal in perovskiet-ferro-elektriciteit zou een breed scala aan toepassingen vinden in optische communicatie, kwantumverstrengeling bronnen, niet-lineaire beeldvorming, en on-chip signaalverwerking, ' voorspellen de wetenschappers.