近日，中国科学院西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室非线性光子技术及应用课题组在超构表面非线性光子学领域取得重要进展，相关研究成果以“Ultrabroadband nonlinear enhancement of mid-infrared frequency upconversion in hyperbolic metamaterials”为题，发表于国际著名期刊Nanoscale Horizons。
超构材料已显示出在纳米尺度上增强非线性过程的巨大潜力。众多研究表明，超构表面可以在亚波长的纳米结构中增强光与物质的相互作用，突破传统非线性光参量过程的相位匹配限制。然而，现有的超构表面通常依赖于窄带的高品质因子共振来实现局域场增强，这为超宽带非线性频率转换技术的进一步发展带来巨大挑战。
该课题组提出利用间隙等离子体模式实现模场重叠和宽带增强的方法，通过设计由三角金字塔形状的Au-ZnO多层结构组成的双曲超构材料（hyperbolic metamaterials, HMMs），首次在3-5 µm中红外波段理论验证了超宽带非线性频率上转换技术。
图1 (a) 超构表面结构单元；（b）介电常数曲线；（c, d）吸收光谱；（e, f）不同波长下的局域场
双曲超构材料多层系统的间隙等离子体模式在近红外泵浦光波长处激发窄的高阶谐振，而偶极子产生的慢光效应在中红外波长处实现超宽带近场增强。三角金字塔形状的对称性破坏将这些谐振模式局域化在尖端，实现了不同波长的模式匹配调制，从而促进非线性频率转换过程。上述方法为基于超构表面的频率转换技术提供了一个有前景的平台。
论文链接：
https://doi.org/10.1039/D4NH00240G
近日，中国科学院西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室非线性光子技术及应用课题组在超构表面非线性光子学领域取得重要进展，相关研究成果以“Ultrabroadband nonlinear enhancement of mid-infrared frequency upconversion in hyperbolic metamaterials”为题，发表于国际著名期刊Nanoscale Horizons。
超构材料已显示出在纳米尺度上增强非线性过程的巨大潜力。众多研究表明，超构表面可以在亚波长的纳米结构中增强光与物质的相互作用，突破传统非线性光参量过程的相位匹配限制。然而，现有的超构表面通常依赖于窄带的高品质因子共振来实现局域场增强，这为超宽带非线性频率转换技术的进一步发展带来巨大挑战。
该课题组提出利用间隙等离子体模式实现模场重叠和宽带增强的方法，通过设计由三角金字塔形状的Au-ZnO多层结构组成的双曲超构材料（hyperbolic metamaterials, HMMs），首次在3-5 µm中红外波段理论验证了超宽带非线性频率上转换技术。
图1 (a) 超构表面结构单元；（b）介电常数曲线；（c, d）吸收光谱；（e, f）不同波长下的局域场
双曲超构材料多层系统的间隙等离子体模式在近红外泵浦光波长处激发窄的高阶谐振，而偶极子产生的慢光效应在中红外波长处实现超宽带近场增强。三角金字塔形状的对称性破坏将这些谐振模式局域化在尖端，实现了不同波长的模式匹配调制，从而促进非线性频率转换过程。上述方法为基于超构表面的频率转换技术提供了一个有前景的平台。
论文链接：
https://doi.org/10.1039/D4NH00240G
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