利用多光子显微技术表征单层 MoS$_2$ 的二阶与三阶非线性光学极化率

我们报道了单层 MoS$_\mathrm{2}$ 中的二次和三次谐波产生，将其作为成像工具，以在 1560 nm 激发下精确表征该材料的非线性光学性质。利用表面非线性光学处理，我们推导出将实验测量值与二阶和三阶非线性面极化率大小相关联的表达式，获得了 $|\chi_s^{(2)}|=2.0\times10^{-20}$ m$^2$ V$^{-1}$ 的值，并首次针对单层 MoS$_\mathrm{2}$ 获得了 $|\chi_s^{(3)}|=1.7\times10^{-28}$ m$^3$ V$^{-2}$ 的值。考虑到层的厚度，这些面极化率对应于 $|\chi_{b}^{(2)}|=2.9\times10^{-11}$ m V$^{-1}$ 和 $|\chi_{b}^{(3)}|=2.4\times10^{-19}$ m$^2$ V$^{-2}$ 的有效体非线性极化率值。我们还对 MoS$_\mathrm{2}$ 和石墨烯进行了实验比较，结果表明单层 MoS$_\mathrm{2}$ 的三阶面非线性强约 3.4 倍，突显了该材料在电信 C 波段非线性光子学中的潜力。