bulk monolayer MoS2薄膜中高阶非线性光生成的亚波长相干尺度
光学
2026-04-21 v1
摘要
单层过渡金属硫化物（如MoS2）表现出极大的光学非线性，适用于高阶非线性光生成 (NLG)，但其固有的原子厚度从根本上限制了光-物质相互作用及其转换效率。本文利用溶液加工的 bulk monolayer MoS2 (BM-MoS2) 架构，由电子解耦的单层MoS2之间由有机介层分隔而成，克服了这一固有权衡。该层状超结构保留了单层MoS2的卓越本征非线性介数，同时实现了可扩展的相互作用长度。在亚波长尺度范围内，NLG随层数几乎呈二次方增长 (N^1.8)，确认了跨堆叠单层间非线性场的相干叠加。结果显示，厚度为100 nm的BM-MoS2薄膜产生的高阶NLG（包括四波混合和高谐波生成）几乎比厚度为3 mm的ZnSe晶体高出一个数量级。所生成的非线性光束可肉眼直接看到，并具备超过1000 nm的宽广光谱调谐范围，覆盖中红外波段，实现中红外到可见光的上转换光谱，用于解析分子振动指纹。通过将单层尺度的非线性介数与bulk相互作用长度和相干场叠加相结合，BM-MoS2建立了超薄膜平台，突破了传统单晶的制约，适用于超紧凑且与基底无关的非线性光子系统。
引用
@article{arxiv.2604.17088,
title = {Subwavelength Coherent Scaling of High-Order Nonlinear Light Generation in Bulk Monolayer MoS2 Thin Films},
author = {Boxuan Zhou and Yuancheng Jing and Chun-Chieh Yu and Haoyang Li and Ran Wang and Xingxu Yan and Xiaoqing Pan and Yu Huang and Wei Xiong and Xiangfeng Duan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.17088},
year = {2026}
}