南京航空航天大学 - 《南京航空航天大学报》
罗宇教授团队在ScienceAdvances上发表论文
2025-06-15
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本报讯 近日，我校电子信息工程学院罗宇教授团队联合新加坡南洋理工大学王岐捷教授和伦敦帝国理工学院RobertT.Murray教授在国际顶刊ScienceAdvances上发表了一项突破性研究成果，成功利用黑磷（BlackPhosphorus,BP）及其混合等离子体超表面（BPM），在中红外波段实现了宽带高效的三次谐波生成（Third-HarmonicGen鄄eration,THG），其转换效率创下历史新高。这一突破不仅填补了中红外非线性光学材料的性能空白，更为下一代超快光子器件、频率转换技术及集成光子学开辟了全新路径。王岐捷教授、罗宇教授和RobertT.Murray教授为该论文的通讯作者，我校朱松教授为论文的第一作者。
研究团队通过系统的实验验证了技术的实用性。厚度优化实验表明，黑磷在90nm厚度时THG强度达到峰值（4000nm激发），与理论预测的950nm相干长度完美匹配。超表面器件的稳定性测试显示，氧化铝封装层可有效防止黑磷氧化，确保器件在空气中长期工作。
该项技术有望覆盖多个应用领域。分子传感：中红外THG可直接探测分子振动共振，结合黑磷的高效率，可开发便携式光谱仪，实时检测大气污染物或疾病标志物。集成光子学：超表面的小型化与高非线性响应为片上光频转换、超快调制器及量子光源提供理想平台，有望推动光计算与通信技术的革新。智能成像：利用偏振各向异性，可设计具备方向分辨能力的红外显微镜，用于生物组织病理分析或纳米材料缺陷检测。频率梳技术：高效THG为中红外光学频率梳的生成提供新方案，助力光学原子钟与精密引力波探测。
业内专家评价此项研究不仅实现了“材料-结构”协同创新的范式突破，更揭示了二维材料在中红外的非线性物理新机制。随着封装技术与纳米加工精度的提升，黑磷-BPM系统或将在五年内走向产业化，重新定义中红外光电子技术的边界。 （电子信息工程学院）