激光問世之前，科學(xué)界基本上都在研究弱光束在介質(zhì)中的傳播，這種條件下介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)與光強(qiáng)無關(guān)，而且光波疊加時(shí)遵守線性疊加原理，所以此類光學(xué)問題稱為線性光學(xué)。

　　但激光問世后，這種電場(chǎng)強(qiáng)度可與原子內(nèi)部的庫侖場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)墓獠ㄅc介質(zhì)間會(huì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生非線性效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致線性光學(xué)不能解釋的一些新現(xiàn)象出現(xiàn)。隨著非線性光學(xué)效應(yīng)不斷發(fā)展，很多技術(shù)應(yīng)用也被相應(yīng)推動(dòng)，比如激光技術(shù)、材料加工和電子通信。

　　發(fā)生非線性光學(xué)效應(yīng)所必需具備的一個(gè)條件是要有強(qiáng)度高和相干性好的光束，以往我們都是直接用非線性材料產(chǎn)生激光，但這個(gè)過程往往效率很低，而且不易人為控制。所以幾個(gè)參加石墨烯旗艦項(xiàng)目（GrapheneFlagshipproject）的合作伙伴計(jì)劃用石墨烯材料試試，因?yàn)槭┯泄庵C波效應(yīng)，可以捕獲光子并將它們結(jié)合起來產(chǎn)生更強(qiáng)的光束。后來測(cè)試發(fā)現(xiàn)，石墨烯顯示出良好的光學(xué)響應(yīng)性，此外他們還找到了用電場(chǎng)控制這種效應(yīng)的方法。這就意味著光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)人為可控，未來高速光通信有望實(shí)現(xiàn)。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在《NatureNanotechnology》期刊上，論文標(biāo)題為“Broadband,electricallytuneable,thirdharmonicgenerationingrapheme”（用電場(chǎng)調(diào)控石墨烯的能帶間隙并生成三次諧波）

　　對(duì)單層石墨烯進(jìn)行電場(chǎng)控制可以得到三次諧波，在這個(gè)過程中三個(gè)低頻光子（紅色）合在一起能產(chǎn)生一個(gè)高頻（藍(lán)色）光子，因此三次諧波的產(chǎn)生過程可用于制作光學(xué)變頻器。（圖片來源于劍橋大學(xué)的GiancarloSoavi）

　　為了使光通信過程的數(shù)據(jù)傳輸量更大，科研人員需要用好石墨烯獨(dú)特的電子性能，創(chuàng)造石墨烯“開關(guān)”，在光纜傳輸數(shù)據(jù)的過程中實(shí)現(xiàn)光頻可控。

　　根據(jù)原理，弱光進(jìn)入介質(zhì)滿足線性效應(yīng)，頻率保持不變。但強(qiáng)光進(jìn)入介質(zhì)，由于介質(zhì)的非線性效應(yīng)，除原來的頻率ω外，還將出現(xiàn)2ω、3ω等的高次諧波，這稱為非線性介質(zhì)的倍頻效應(yīng)，這種效應(yīng)在激光技術(shù)中有重要應(yīng)用。

　　但目前除石墨烯外大多數(shù)材料倍頻效應(yīng)的效率都比較低，所以石墨烯的應(yīng)用可能會(huì)促使制造超寬寬帶（巨型信息攜載量）的設(shè)備進(jìn)一步出現(xiàn)。

　　這篇論文的主要作者GiancarloSoavi，同時(shí)也是英國劍橋大學(xué)劍橋石墨烯中心的研究員，用一些數(shù)據(jù)證明了石墨烯的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，他說：“從我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看，通過調(diào)節(jié)外加電場(chǎng)，石墨烯中三次諧波的產(chǎn)生效率可以提高10倍以上。”

　　西班牙巴塞羅那光子科學(xué)研究所的FrankKoppens教授，同時(shí)也是該石墨烯旗艦項(xiàng)目中光子學(xué)和光電子工作的領(lǐng)導(dǎo)者，他補(bǔ)充了石墨烯的一些其他獨(dú)特之處：“和大多數(shù)材料不同，石墨烯的三次諧波產(chǎn)生過程在很長(zhǎng)的一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)具備可調(diào)諧性。這意味著在越來越多應(yīng)用偏向全光學(xué)應(yīng)用的當(dāng)下，這項(xiàng)工作已經(jīng)為多種技術(shù)鋪平了道路。”

　　這個(gè)項(xiàng)目管理委員會(huì)的主席AndreaC.Ferrari教授也說，“在光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域，石墨烯永遠(yuǎn)不會(huì)讓我們吃驚。”他還強(qiáng)調(diào)說，“目前石墨烯旗艦公司已經(jīng)投入巨資對(duì)石墨烯的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究和開發(fā)，這次的合作只是其中一步，但是意義重大。因?yàn)槲覀冏C明了光學(xué)器件的工作頻率范圍可以比以往更廣泛，這就是說，大量處理和傳輸數(shù)據(jù)不再會(huì)是難題。”