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中科院西安光機(jī)所在超構(gòu)表面非線性光子學(xué)領(lǐng)域取得新進(jìn)展
來源：MEMS
瀏覽次數(shù)：491 發(fā)布時間：2024-09-23
近日，中國科學(xué)院西安光機(jī)所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點實驗室非線性光子技術(shù)及應(yīng)用課題組在超構(gòu)表面非線性光子學(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Ultrabroadband nonlinear enhancement of mid-infrared frequency upconversion in hyperbolic metamaterials”為題，發(fā)表于國際著名期刊Nanoscale Horizons。
超構(gòu)材料已顯示出在納米尺度上增強(qiáng)非線性過程的巨大潛力。眾多研究表明，超構(gòu)表面可以在亞波長的納米結(jié)構(gòu)中增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用，突破傳統(tǒng)非線性光參量過程的相位匹配限制。然而，現(xiàn)有的超構(gòu)表面通常依賴于窄帶的高品質(zhì)因子共振來實現(xiàn)局域場增強(qiáng)，這為超寬帶非線性頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展帶來巨大挑戰(zhàn)。該課題組提出利用間隙等離子體模式實現(xiàn)模場重疊和寬帶增強(qiáng)的方法，通過設(shè)計由三角金字塔形狀的Au-ZnO多層結(jié)構(gòu)組成的雙曲超構(gòu)材料（hyperbolic metamaterials, HMMs），首次在3-5 μm中紅外波段理論驗證了超寬帶非線性頻率上轉(zhuǎn)換技術(shù)。
雙曲超構(gòu)材料多層系統(tǒng)的間隙等離子體模式在近紅外泵浦光波長處激發(fā)窄的高階諧振，而偶極子產(chǎn)生的慢光效應(yīng)在中紅外波長處實現(xiàn)超寬帶近場增強(qiáng)。三角金字塔形狀的對稱性破壞將這些諧振模式局域化在尖端，實現(xiàn)了不同波長的模式匹配調(diào)制，從而促進(jìn)非線性頻率轉(zhuǎn)換過程。上述方法為基于超構(gòu)表面的頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)提供了一個有前景的平臺。
