高频光很有用。光的频率越高，其波长越短——波长越短，光可以看到的物体和细节就越小。
所以紫光可以显示比红光更小的细节，例如，因为它的波长更短。但是要看到非常非常小的东西——小到十亿分之一米，比人类头发的宽度小几千倍——要看到这些东西，你需要极紫外光（和一台好的显微镜）。
波长在 10 到 120 纳米之间的极紫外光在医学成像、研究生物物体以及破译计算机芯片制造过程中的精细细节方面有许多应用。然而，生产这种光源的小型且负担得起的光源一直非常具有挑战性。
我们已经找到了一种方法，可以使普通半导体材料的纳米粒子发出的光频率比发送到它的光频率高七倍。我们从红外光中产生蓝紫色光，同样的原理也可以从红光中产生极紫外光。我们与布雷西亚大学、亚利桑那大学和高丽大学的同事共同开展的研究发表在《科学进展》杂志上。
谐波的力量
我们的系统从产生长波长红外光的普通激光器开始。这就是所谓的泵浦激光器，它并没有什么特别之处——这种激光器可以在市场上买到，而且它们结构紧凑，价格实惠。
但是接下来，我们用这种激光器发射短脉冲光，照射一种特殊设计的纳米颗粒，这种材料由一种叫做砷化铝镓的材料制成，这就是事情变得有趣的地方。
纳米粒子从激光脉冲中吸收能量，然后发出自己的光。通过精心设计纳米粒子的大小和形状，我们可以产生强大的共振来放大发射光的某些谐波。
这到底是什么意思？好吧，我们可以用声音做一个有用的类比。
当您拨动吉他上的琴弦时，它会以所谓的基频振动——这就是您听到的主要音符——加上少量称为谐波的高频，它是基频的倍数。吉他琴身旨在产生共振，放大其中一些谐波并抑制其他谐波，从而产生您听到的整体声音。
光和声音在物理学上有相似之处——它们都是传播波（声波是声波，光是电磁波） 。
在我们的光源中，泵浦激光器就像弦的主音符，而纳米粒子就像吉他琴体。除了纳米粒子的特殊之处在于它们大量放大泵浦激光器的高次谐波，产生频率更高的光（在我们的例子中高达七倍，波长相应地短七倍）。
这项技术使我们能够在部分电磁波谱中创造新的光源，例如极紫外，那里没有自然光源，而且目前的工程光源太大或太贵。
使用可见光的传统显微镜只能研究小至约百万分之一米大小的物体。分辨率受光波长的限制：紫光的波长约为 400 纳米（一纳米是十亿分之一米）。
但是有很多应用，例如生物成像和电子制造，能够看到小至十亿分之一米左右将是一个巨大的帮助。
目前，要在这些尺度上观察，你需要“超分辨率”显微镜，它可以让你看到比你所使用的光的波长更小的细节，或者电子显微镜，它根本不使用光，而是使用通量创建图像的电子。然而，这些方法相当缓慢且昂贵。
要了解像我们这样的光源的优势，请考虑计算机芯片：它们由非常小的组件组成，特征尺寸几乎小到十亿分之一米。在生产过程中，制造商可以使用极紫外光实时监控过程。
这将节省处理不良批次芯片的资源和时间。该行业的规模如此之大，即使芯片良率提高 1%，每年也可以节省数十亿美元。
将来，像我们这样的纳米粒子可用于生产微小、廉价的极紫外光源，照亮极小事物的世界。
