杜芊 陈溢杭

(华南师范大学物理与电信工程学院, 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广州 510006)

由高折射率介质材料制备的亚波长人工结构, 通过电磁谐振效应为在纳米尺度操控光提供了一种有效方法.这类结构的吸收损耗通常较低, 然而辐射损耗降低了其非线性响应的效率.通过连续域束缚态(bound states in the continuum, BICs)可望解决这个问题.BICs是一种处于连续域内而保持局域的非常规光学态,存在于光锥线以内并且具有无限大的Q值.本文提出通过破坏硅纳米颗粒阵列原胞的对称性将BIC转变成准BIC, 使得结构的透射谱中出现高Q的窄共振谷, 当调节泵浦波长至共振波长时, 非线性响应显著增强, 三次谐波激发的强度提高了6个数量级, 转化效率可提升至约2.6 × 10—6, 该结果有望应用于硅基光学非线性器件的设计.

1 引 言

全介质纳米光子学是一个快速发展的研究领域, 有望在低损耗集成光子器件设计中获得重要的应用[1].高折射率介质纳米共振结构在可见光和近红外光谱范围内可同时支持电和磁Mie共振, 且其共振特征可通过改变纳米结构的几何形状进行调整.Mie共振可导致电磁场的局域及特殊的空间分布, 可用于实现有效的波前控制[2], 已在线性和非线性光学领域带来一系列新颖的效应[3,4].虽然高折射率介质纳米共振结构具有低损耗、光学磁性和多极响应等优点, 但其品质因数(Q值)通常比较低, 这会降低光与物质相互作用以及非线性响应的效率……