L'ottica non lineare è un'importante direzione di ricerca con varie applicazioni nella produzione di laser, fabbricazione di nanostrutture, progettazione di sensori, optoelettronica, biofotonica e ottica quantistica, ecc. I materiali ottici non lineari sono gli elementi costitutivi fondamentali, che sono fondamentali per ampi campi che vanno dalla ricerca scientifica , produzione industriale, a militare. Dopo molti anni di sviluppo, l'ottica non lineare è diventata i pilastri per varie ricerche di frontiera e sistemi ottici ampiamente utilizzati, tra cui la fabbricazione laser, l'imaging ottico, l'elaborazione delle informazioni e le comunicazioni, nonché la litografia su nanoscala. I progressi in questo argomento possono potenzialmente potenziare molte discipline.

Le nanotecnologie hanno spianato la strada alla progettazione di nuovi materiali e al superamento dei limiti convenzionali dell'ottica non lineare. Le nanoparticelle sono uno dei membri più importanti ampiamente studiati, che ha una lunga storia di migliaia di anni. Le nanoparticelle dimostrano grandi potenzialità grazie alla loro flessibilità per progettare e migliorare le loro proprietà ottiche non lineari superiori alle loro controparti sfuse. Nell'ultimo decennio, i dispositivi ottici ei componenti basati su nanoparticelle ottiche non lineari stanno ricevendo sempre più attenzioni grazie alle loro prestazioni migliorate e alle capacità multifunzionali. Molti di essi mostrano anche una buona biocompatibilità, che estende l'ambito di applicazione dei dispositivi ottici non lineari.

Pertanto, le nanoparticelle sono ampiamente utilizzate per applicazioni ottiche non lineari. Per la sintesi delle nanoparticelle, come produrre nanoparticelle ottiche non lineari su larga scala, alta ripetibilità e basso costo resta una sfida. Per affrontare questa sfida, sono stati studiati vari approcci di sintesi. Gli approcci di ablazione chimica e laser sono due metodi di sintesi primari. Gli approcci chimici sono utili per produrre nanoparticelle su scala industriale. Per gli approcci chimici, esistono anche limitazioni, comprese le impurità e l'agglomerazione. D'altra parte, l'ablazione laser è un metodo più diretto, ecologico e universale per la sintesi di nanoparticelle ottiche non lineari. Grande flessibilità e possibilità sono offerte per applicazioni basate su nanoparticelle ottiche non lineari per soddisfare i requisiti di diversi dispositivi.

Il gruppo di ricerca del Prof. Hong Minghui della National University of Singapore esamina gli ultimi progressi nell'ottica non lineare relativi all'ampiezza/intensità della luce. L'assorbimento saturabile e la limitazione ottica sono due fenomeni non lineari per descrivere il cambiamento di trasmissione di un sistema materiale. L'assorbimento saturabile è il processo in cui l'assorbimento della luce diminuisce con l'intensità della luce. In altre parole, un materiale con l'assorbimento saturabile tende ad essere più "trasparente" sotto un'irradiazione di luce incidente più forte. I materiali con l'assorbimento saturabile sono ampiamente utilizzati per fabbricare laser ad alta potenza.

D'altra parte, la limitazione ottica descrive l'effetto opposto. Un materiale ottico limitante riduce la trasmissione della luce quando l'intensità della luce aumenta. Quindi, la limitazione ottica è anche indicata come assorbimento saturabile inverso. È anche un effetto critico con applicazioni che vanno da materiali protettivi, armi militari, commutazione ottica, a sorgenti laser ad alta potenza.

Nonostante la loro importanza, sia l'assorbimento saturabile che la limitazione ottica richiedono normalmente luce incidente ad alta intensità. Quindi, sono per lo più osservati in dispositivi che utilizzano un laser pulsato con un'elevata potenza di picco. Questa condizione può causare danni ottici permanenti. È anche un collo di bottiglia critico per limitare le applicazioni pratiche per il design complicato e il costo dei laser ad alta potenza. Lo studio di materiali adatti con proprietà non lineari superiori è una direzione di ricerca primaria in questo campo. I progressi non solo promuoveranno notevolmente le prestazioni degli attuali sistemi ottici non lineari, ma offriranno anche nuove opportunità per progettare dispositivi funzionali per soddisfare le crescenti esigenze di ottica quantistica, sensori avanzati, intelligenza artificiale, computer ottici di prossima generazione e molte altre frontiere argomenti.

Questa recensione, pubblicata su Opto-Electronic Science , riassume i recenti progressi in questa direzione, che si concentra maggiormente sulle metodologie con una serie di casi di studio come l'illuminazione. Copre anche argomenti estesi per fornire punti di vista aggiuntivi sui loro principali vantaggi e risultati. Le sfide e le tendenze future della ricerca sono un altro obiettivo, con gli ultimi lavori di ricerca per introdurre nuove opportunità e potenziali. Vengono riassunti lo sviluppo delle nanoparticelle ottiche non lineari sintetizzate mediante ablazione laser, che dimostra la sua capacità di migliorare le prestazioni e molteplici funzioni. La sintesi di nanoparticelle mediante ablazione laser si rivela un approccio fisico verde, efficiente e universale, versatile per una rapida sintesi in un solo passaggio e una potenziale produzione di massa. + Esplora ulteriormente

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