突破光电子极限：二维材料引领非线性光学革命！（DOI: 10.3390/molecules28186737）

搁浅

还在为传统晶体的低效率、高损耗、难集成而头疼？
一篇来自《Molecules》的重磅综述（Shi et al. 2023, 28, 6737）告诉你：原子级厚度的二维材料，正在把“非线性光学器件”直接拉进 CMOS 兼容、可片上集成的未来！
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01 为什么选 2D 材料？
• 厚度仅 0.3-1 nm，却拥有比体材料高 2-4 个数量级的二阶/三阶非线性系数（χ(2)、χ(3)）。
• 带隙覆盖可见到近红外，天然适配光通信波段。
• 无晶格失配困扰，可直接贴合 Si、SiN、柔性 PDMS，实现真正“芯片级”非线性光子学。
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02 三大明星效应，一次打包

• 二次谐波 SHG：
  – 奇数层 2H-MoS₂ 信号强度随层数振荡，精准“尺子”量厚度。
  – 3R 相、螺旋堆叠 WS₂ 打破反演对称，SHG 增强×45！
  
• 三次谐波 THG：
  – 不受反演限制，所有层都能发光，层数 N² 增强规律，直接成像晶界。
  
• 双光子荧光 2PPL：
  – 探“暗”激子（np/nd 态）利器，分辨 1s-3p Rydberg 激子能级，比线性光谱多看见 50 % 关键态。
  
  

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03 四大“旋钮”，信号想强就强
• 载流子注入：
金纳米棒＋双层 WSe₂，飞秒注入热电子，瞬间打破对称，SHG 从 0 到“爆表”。
• 静电门控：
单栅压 −80→+80 V，单原子层 WSe₂ 的 SHG 强度 4× 动态可调。
• 应力工程：
1 % 单轴应变即可重塑 SHG 偏振图案，MoS₂/TiO₂ 异质结局部应力带来 10× 增强。
• 等离激元耦合：
纳米沟槽 Ag＋WS₂，局域场增强 400×；
金纳米腔＋WS₂，一次实现 SHG 3000×、THG 3800×、2PPL 1000× 的“三重奏”。
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04 不只是光源，更是“瑞士**”
✓ 层数、晶向、晶界、激子态——非线性光学成像“一眼识别”。
✓ 与硅光平台兼容，可用于光开关、光频梳、超快激光、量子光源。
✓ 柔性 PDMS 衬底＋等离激元结构，可穿戴光芯片触手可及。
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05 未来已来，合作正当时
北京工业大学信息光子学团队与新加坡国立大学化学系，正联合攻关“二维材料非线性光子集成芯片”项目。我们提供：
• CVD/ME 高质量单层/少层 TMDC（MoS₂、WS₂、WSe₂、MoSe₂、hBN）。
• 定制化异质结/螺旋堆叠/等离激元耦合结构。
• 全套非线性光学测试平台（SHG/THG/2PPL 共聚焦扫描）。
• 面向光通信、神经形态、量子信息、生物成像等场景的系统级解决方案。