新型纳米光子系统令光转换效率提升逾百倍

光子学的应用例如成像和感测等，讲求光的高效频率上转换（efficient frequency up-conversion），但相关技术在纳米级别仍然困难重重。由香港城市大学（城大）研究人员和英国学者携手领导的一个研究，於上述关卡取得突破，新研发的纳米光子系统将二次谐波产生（second-harmonic generation）的转换效率提升了一百倍以上！他们研究出高效非线性光转换的策略，有助制作非线性纳米光子学装置，以应用於高分辨生物成像和单分子感测丶超快光学芯片开关，以及量子光学技术。

上述研究由城大材料科学及工程学系（MSE）副教授雷党愿博士，以及来自伦敦国王学院 （King's College London）的学者领导。有关研究成果已在学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）上发表，题为〈Light-induced symmetry breaking for enhancing second-harmonic generation from an ultrathin plasmonic nanocavity〉。

二次谐波的产生是一种光频率转换的过程，即是非线性光学材料（nonlinear optical materials）在强激光激发下，同时吸收两个频率（ω）相同的光子，并产生一个频率为吸收频率两倍（即2ω）的光子。简而言之，就是将被激发的光转换为两倍频率的输出光。一般来说，二次谐波比其他非线性光学过程实现的频率转换效率要高，应用也最为广泛，多用於激光频率转换丶高分辨率光学显微丶生物和医学检测等领域。

一般在短波长的区间，金属吸收比较显著，等离子体共振效应比较弱。由於二次谐波正正位於该波段，所以难以靠表面等离子共振（surface plasmon resonance）来增强。研究团队在此取得突破，成功建构出一个即使於欠缺表面等离子共振的情况下，仍能在紫外-可见光光谱范围内，产生强力二次谐波的纳米结构等离子系统。