周波数コンバータがレーザーの小型化に向けて大きな一歩を踏み出す

「非線形光学は現在巨視的な世界だが、我々はそれを微視的な世界にしたいと考えている」とコロンビア大学機械工学准教授のジェームズ・シャック氏の研究室で研究に携わった博士研究員キアラ・トロバテロア氏は語った。

このデバイスは従来のカラーコンバーターの数分の1のサイズで、新種の超小型光回路チップを製造し、量子光学を進歩させる可能性があると研究者らは述べた。 レーザーを使用するデバイスでは、多くの場合、さまざまな色のレーザー光を展開できる必要があります。 たとえば、緑色のレーザー ポインターは、巨視的な材料によって可視色に変換される赤外線レーザーによって生成されます。 研究者はレーザー光の色を変えるために非線形光学技術を使用していますが、色変換を効率的に行うためには従来使用されている材料が比較的厚い必要があります。二硫化モリブデン (MoS2) は最も研究されている遷移金属ジカルコゲニドの 1 つであり、さまざまな加工が可能な 2D 材料です。原子的に薄い層に剥がされます。 MoS2 の単層は光周波数を効率的に変換できますが、デバイスの構築に使用するには薄すぎます。 MoS2 の大きな結晶は、非色変換形態でより安定する傾向があります。3R-MoS2 として知られる必要な結晶を製造するために、チームは商用 2D 材料サプライヤーである HQ Graphene と協力しました。 研究者らは、厚さ1μm未満のMoS2のスタックから構築されたデバイスが通信波長の光周波数をどのように効率的に変換してさまざまな色を生成するかを特徴づけた。

研究者らは、3R-MoS2 を使用して、さまざまな厚さのサンプルが光の周波数をどのように効率的に変換するかをテストしました。 シュック研究室の博士課程学生、Xinyi Xu氏によると、サンプルが発する光を記録するには通常、特別なセンサーが必要だが、そのためには長い時間がかかるという。 「3R-MoS2 を使用すると、非常に大きな機能強化がほぼ即座に確認できました」と彼は言いました。 研究チームはこれらの変換を通信波長で記録しました。