(a) Q因子對(duì)開槽納米立方體的陣列尺寸的依賴性。插圖為尺寸為3×3的開槽納米立方體陣列示意圖。(b) 11×11陣列的開槽納米立方體中的電場(chǎng)分布。插圖為中央開槽納米立方體的電場(chǎng)矢量圖。(c)比較具有和不具有凹槽的納米立方體陣列的SHG。(d)空氣槽側(cè)壁表面上的電場(chǎng)增強(qiáng)因子和SHG隨槽寬a的變化。 論文作者供圖
硅是開發(fā)先進(jìn)光子和光電子器件最有前途的材料之一，但其具有顯著的三階非線性光學(xué)響應(yīng)特征。而在非線性光學(xué)中，二階非線性元件的磁化率比三階非線性元件高10個(gè)數(shù)量級(jí)，在非線性光子器件中具有更高的應(yīng)用價(jià)值。
中國科學(xué)院院士、西安電子科技大學(xué)教授郝躍團(tuán)隊(duì)的劉艷教授聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院教授甘雪濤提出了一種硅基開槽納米立方體陣列的設(shè)計(jì)，使得具有中心對(duì)稱的硅顯著實(shí)現(xiàn)二次諧波(second harmonic generation，SHG)。其相關(guān)研究成果近日在《激光與光子學(xué)評(píng)論》（Laser&Photonic Review）發(fā)表。
據(jù)論文作者介紹，他們的設(shè)計(jì)通過擴(kuò)大表面二階非線性，增強(qiáng)了凹槽表面的電場(chǎng)，連續(xù)域中的束縛態(tài)使得共振得到增強(qiáng)。與沒有凹槽的硅納米立方體陣列相比，有槽納米立方體陣列的倍增率提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
在這項(xiàng)工作中，他們證明了通過制造開槽納米立方體陣列可以極大地改善硅的表面二階非線性，從而有效產(chǎn)生二次諧波。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的硅開縫納米立方體陣列的二次諧波效率高達(dá)1.8×10-4 W-1。轉(zhuǎn)換效率不僅高于其他類型的硅基微納結(jié)構(gòu)，同時(shí)也高于等離激元結(jié)構(gòu)。
該研究領(lǐng)域相關(guān)專家認(rèn)為，該項(xiàng)研究結(jié)果不僅推動(dòng)了硅材料在非線性領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)為在晶格結(jié)構(gòu)中心對(duì)稱材料中研究高效的二階非線性效應(yīng)和器件提供了一種新策略。
