石墨烯等材料可以捕獲光子，將它們結(jié)合起來，并產(chǎn)生更強大的光束。 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，但這個過程的效率通常很小，且不能從外部控制。目前，劍橋（英國），米蘭和熱那亞（意大利）的石墨烯旗艦項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控制這種效應(yīng)的強度 （Nature Nanotechnology，“Broadband, electrically tuneable, third harmonic generation in graphene”）。

三次諧波產(chǎn)生（THG）的電場控制可以在單層石墨烯上實現(xiàn)。在THG中，三個低頻光子（紅色）合成產(chǎn)生一個高頻（藍色）光子。因此，THG可用于光學(xué)變頻器。（圖片來源：Giancarlo Soavi，劍橋大學(xué)）

研究人員們設(shè)想創(chuàng)造新的石墨烯光開關(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，通過調(diào)整施加的電場，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、英國劍橋大學(xué)劍橋石墨烯中心的Giancarlo Soavi解釋道。

“作者們再次發(fā)現(xiàn)了石墨烯的一些獨特之處：THG在寬波長范圍內(nèi)的可調(diào)諧性，隨著越來越多的應(yīng)用擴展到全光波段，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教授說道。Frank Koppens教授是石墨烯旗艦項目中光子學(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、管理委員會主席Andrea C. Ferrari教授補充道，“在光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域，石墨烯永遠不會停止讓我們吃驚。”他還強調(diào)說：“石墨烯旗艦公司已經(jīng)投入巨資對石墨烯的光學(xué)性質(zhì)進行研究和開發(fā)，這項合作可以使光學(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”。