Les cristaux photoniques non linéaires (CNP) sont des matériaux transparents qui ont une susceptibilité linéaire spatialement uniforme, encore une susceptibilité non linéaire quadratique périodiquement modulée. Ces matériaux techniques sont largement utilisés pour étudier la dynamique des ondes non linéaires et dans de nombreuses applications scientifiques et industrielles. Au cours des deux dernières décennies, il y a eu un effort continu pour trouver une technique qui permettra la construction de PNJ en trois dimensions (3-D). Une telle capacité permettra de nombreux nouveaux schémas de manipulation et de contrôle des interactions optiques non linéaires.

Jusqu'à maintenant, seuls deux PNJ artificiels en 3D ont été construits à l'aide d'une polarisation laser femtoseconde dans du LiNbO ferroélectrique 3 et Ba 0,77 Californie 0,23 TiO 3 cristal. Cependant, les deux cristaux non linéaires ne présentent que des domaines ferroélectriques ascendants et descendants et aucune polarisation en rotation spatiale. Par conséquent, l'angle de coupe du cristal et la polarisation de la lumière incidente sont toujours limités pour utiliser le coefficient non linéaire maximal. La rotation spatiale 3-D des domaines ferroélectriques peut briser l'exigence rigide sur la lumière incidente dans les cristaux photoniques non linéaires communs, mais semble difficile à atteindre par la technique traditionnelle de polarisation électrique ou lumineuse.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , des scientifiques du State Key Laboratory of Crystal Materials et de l'Institute of Crystal Materials, Université du Shandong, Chine, et les collègues ont montré un potassium-tantalate-niobate naturel (KTa 0,56 Nb 0,44 O 3 , KTN) cristal photonique non linéaire de pérovskite avec des structures de domaine de Rubik spontanées en 3D. Il présente la température de Curie proche de la température ambiante à 40°C. La structure du domaine de Rubik est composée de domaines de 90° et 180° avec différentes directions de polarisation. D'où, les structures de domaine ferroélectrique disposées dans le cristal KTN fourniraient de riches vecteurs réciproques en 3D pour compenser le décalage de phase dans une direction arbitraire. Sur la base de ce cristal photonique non linéaire KTN 3-D, une deuxième génération d'harmoniques avec une tache de motif quadruple a été démontrée, qui s'avère être la superposition de deux états de polarisation orthogonaux dans différents modes de diffraction non linéaire.

"Le cristal KTN contient des distributions de polarisation ferroélectrique 3-D correspondant aux susceptibilités de second ordre reconfigurées, qui peut fournir des vecteurs réciproques riches pour compenser la désadaptation de phase le long d'une direction et d'une polarisation arbitraires de la lumière incidente, " ont-ils ajouté.

"Le cristal KTN est facilement compatible avec les techniques d'écriture laser, suggérant ainsi des opportunités prometteuses pour créer une modulation optique non linéaire hiérarchique. Par conséquent, ce cristal photonique non linéaire 3-D dans les ferroélectriques pérovskites trouverait une grande variété d'applications dans les communications optiques, sources d'intrication quantique, imagerie non linéaire, et traitement du signal sur puce, ", prédisent les scientifiques.