Olinjära fotoniska kristaller (NPC) är transparenta material som har en rumsligt likformig linjär känslighet, ändå en periodiskt modulerad kvadratisk olinjär känslighet. Dessa konstruerade material används i stor utsträckning för att studera olinjär vågdynamik och i många vetenskapliga och industriella tillämpningar. Under de senaste två decennierna har Det har varit ett kontinuerligt försök att hitta en teknik som möjliggör konstruktion av tredimensionella (3-D) NPC:er. Sådan förmåga kommer att möjliggöra många nya system för manipulation och kontroll av olinjära optiska interaktioner.

Tills nu, endast två konstgjorda 3D-NPC har konstruerats med femtosekundlaserpolning i ferroelektriska LiNbO ₃ och Ba _0,77 Ca _0,23 TiO ₃ kristall. Dock, båda olinjära kristaller har endast upp-ned ferroelektriska domäner och ingen rumsligt roterande polarisering. Därför, kristallens skärvinkel och infallande ljuspolarisering är fortfarande begränsade för att utnyttja den maximala olinjära koefficienten. 3D-rumslig rotation av ferroelektriska domäner kan bryta det hårda kravet på infallande ljus i vanliga olinjära fotoniska kristaller, men verkar svårt att nå med traditionell elektrisk eller ljuspolningsteknik.

I en ny artikel publicerad i Ljusvetenskap och applikationer , forskare från State Key Laboratory of Crystal Materials och Institute of Crystal Materials, Shandong universitet, Kina, och medarbetare visade ett naturligt kalium-tantalat-niobat (KTa _0,56 Nb _0,44 O ₃ , KTN) perovskit olinjär fotonisk kristall med 3-D spontan Rubiks domänstrukturer. Den uppvisar Curie-temperaturen nära rumstemperatur vid 40 ° C. Rubiks domänstruktur består av 90 ° och 180 ° domäner med olika polarisationsriktning. Därav, de ferroelektriska domänstrukturerna arrangerade i KTN-kristall skulle leverera rika 3-D-reciproka vektorer för att kompensera fasmismatchning längs godtycklig riktning. Baserat på denna 3-D KTN olinjära fotoniska kristall, en andra harmonisk generation med fyrfaldigt mönsterfläck visades, vilket har visat sig vara superpositionen av två ortogonala polarisationstillstånd i olika olinjära diffraktionslägen.

"KTN-kristall innehåller 3-D ferroelektriska polarisationsfördelningar som motsvarar de omkonfigurerade andra ordningens känsligheter, som kan tillhandahålla rika ömsesidiga vektorer för att kompensera fasmatchning längs en godtycklig riktning och polarisering av infallande ljus, "tillade de.

"KTN -kristall är lätt kompatibel med laserskrivningstekniker, vilket föreslår lovande möjligheter att skapa hierarkisk olinjär optisk modulering. Därför, denna 3-D olinjära fotoniska kristall i perovskit ferroelektriker skulle hitta en mängd olika tillämpningar inom optisk kommunikation, kvantinviklingskällor, olinjär avbildning, och signalbehandling på chip, "förutspår forskarna.