一种可增强二次谐波产生效率的制造技术

本发明专利技术公开了一种可增强二次谐波产生效率的

【技术实现步骤摘要】
一种可增强二次谐波产生效率的BIC超表面


[0001]本专利技术涉及光学超表面
，尤其是涉及一种可增强二次谐波产生效率的
BIC
超表面
。

技术介绍

[0002]在光子学领域，追求高的品质因数一直是不变的追求，连续体束缚态（
BIC
）在光子学的应用较好的解决了这一问题
。
连续体束缚态最早在量子力学中被提出，且广泛存在于各种材料和系统中
。BIC
本质上是具有无效高
Q
因子的暗模态，由于实际中的样本大小，材料损耗和结构的缺陷，
BIC
会转化为拥有有限但是仍然比较大的
Q
‑
factor
的准
BIC
模式
。
而准
BIC
可以有很多的应用，比如低阈值激光，手性转换和传感器应用
。
[0003]非线性光学在波长转换，激光应用和自适应光学方面有着广泛的应用
。
到目前为止，研究人员利用超表面已经进行了许多非线性光学的研究，并且在提升转化效率，实现非线性手性转换和非线性相位控制方面取得了诸多的成就
。
现有一种支持双
BIC
模式的超表面结构，由单层的过渡金属二硫化物（
TMDs
）与光子光栅板耦合形成，光子光栅板支持双
BIC
模式，在激励光倾斜入射时支持准
BIC
模式，顶部的
TMDs
可以产生二次谐波，通过基频和倍频的强共振，其结构的非线性转化效率被显著提高
。
然而，该结构为双层，制备不易，利用更加简单的结构实现双
BIC
同时增强非线性转化效率的工作仍未被探索
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种可增强二次谐波产生效率的
BIC
超表面，其支持基波和二次谐波处的双
BIC
模式，破坏对称性后转化为双准
BIC
模式，准
BIC
拥有较大的品质因子，可大大增加二次谐波的转化效率
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种可增强二次谐波产生效率的
BIC
超表面，所述的超表面由若干个方形晶格构成，每个方形晶格的中央设置有贯穿的十字槽，组成十字槽的矩形的长度为
L=330nm
，宽度为
W=90nm
，超表面的周期为
400nm
，厚度为
400nm
；方形晶格超表面具备四重旋转对称性；方形晶格的材料为
Al
0.18
Ga
0.82
As
，
Al
0.18
Ga
0.82
As
在基波和二次谐波附近处的折射率分别为
3.2
和
3.5
，其中基波处的波长为
880nm
，二次谐波处的波长为
440nm。
[0006]优选的，所述的超表面在基波和二次谐波处分别支持两个
BIC
模式，两个
BIC
模式在布里渊区的中心处，且品质因子处于无穷大
。
[0007]优选的，破坏方形晶格的结构对称性至超表面支持准
BIC
模式，两个准
BIC
模式的频点分别位于基波和二次谐波处，此时在基波和二次谐波处各有一个法诺共振峰位
。
[0008]优选的，当准
BIC
模式与基波和二次谐波频段相匹配时，超表面利用电四极子主导的场增强达到二次谐波的转化效率峰值，在泵浦光强度为
1GW/cm2的条件下，转化效率峰值达5×
10
‑
3 ，并随着泵浦强度增大，转化效率增大
。
[0009]因此，本专利技术采用上述结构的一种可增强二次谐波产生效率的
BIC
超表面，此结构
支持双
BIC
模式
。
通过破坏元胞的结构对称性，可将
BIC
模式演变为准
BIC
模式，调整结构参数到合适数值，可以将双准
BIC
的频点分别处在基波和二次谐波处，利用双准
BIC
，该结构具有较高的二次谐波转化效率和较宽的带宽
。
相比较现有的利用双层结构实现类似效果的方案，本专利技术提出的超表面结构更简单，更易于制作，采用常规的金属刻蚀法即可制得
。
[0010]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述
。
附图说明
[0011]图1为本专利技术一种可增强二次谐波产生效率的
BIC
超表面实施例的方形晶格结构示意图；图2为本专利技术实施例的方形晶格平面结构示意图；图3为本专利技术实施例的超表面所支持的
BIC
在动量空间中的能带图；图4为本专利技术实施例的超表面所支持的
BIC
在动量空间中的品质因子分布图；图5为本专利技术实施例的超表面在不同对称破坏程度下两个模式的品质因子的变化图；图6为本专利技术实施例的超表面在
δ
=20nm
的破坏情况下两种模式的透射曲线和破坏对称性的对比图，（
a
）为
Mode 1
，（
b
）为
Mode2
；图7为本专利技术实施例的
x
偏振光垂直入射情况下，超表面的两个模式的多级分解图和电场分布图；（
a
）（
c
）分别为
Mode 1
的多级分解图和电场分布图；（
b
）（
d
）分别为
Mode 2
的多级分解图和电场分布图；图8为本专利技术实施例的
x
偏振光垂直入射情况下，超表面在不同对称破坏情况下的二次谐波的产生效率图（
a
）以及在
20nm
破坏程度下，二次谐波效率随着泵浦强度的变化图（
b
）
。
具体实施方式
[0012]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明
。
[0013]实施例如图1所示，一种可增强二次谐波产生效率的
BIC
超表面，由若干方形晶格超表面构成，每个晶格的中央设置有十字槽
。
如图2所示，超表面的几何参数如下：周期
P=400nm
，厚度
thick=400nm
，组成十字槽的矩形的长度和宽度分别为
L=330nm
和
W=90nm。
此结构默认空气为衬底
。
超表面采用
Al
0.18
Ga
0.82<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可增强二次谐波产生效率的
BIC
超表面，其特征在于：所述的超表面由若干个方形晶格构成，每个方形晶格的中央设置有贯穿的十字槽，组成十字槽的矩形的长度为
L=330nm
，宽度为
W=90nm
，超表面的周期为
400nm
，厚度为
400nm
；方形晶格超表面具备四重旋转对称性；方形晶格的材料为
Al
0.18
Ga
0.82
As
，
Al
0.18
Ga
0.82
As
在基波和二次谐波附近处的折射率分别为
3.2
和
3.5
，其中基波处的波长为
880nm
，二次谐波处的波长为
440nm。2.
根据权利要求1所述的一种可增强二次谐波产生效率的
BIC<...

【专利技术属性】
技术研发人员：任信钢，刘宇行，黄志祥，王丽华，李迎松，王思亮，王刚，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：