(a) Q因子對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分布。插圖為中央開槽納米立方體的電場矢量圖。(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)壁表面上的電場增強因子和SHG隨槽寬a的變化。 論文作者供圖
硅是開發(fā)先進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響應特征。而在非線性光學中，二階非線性元件的磁化率比三階非線性元件高10個數(shù)量級，在非線性光子器件中具有更高的應用價值。
中國科學院院士、西安電子科技大學教授郝躍團隊的劉艷教授聯(lián)合西北工業(yè)大學理學院教授甘雪濤提出了一種硅基開槽納米立方體陣列的設計，使得具有中心對稱的硅顯著實現(xiàn)二次諧波(second harmonic generation，SHG)。其相關研究成果近日在《激光與光子學評論》（Laser&Photonic Review）發(fā)表。
據(jù)論文作者介紹，他們的設計通過擴大表面二階非線性，增強了凹槽表面的電場，連續(xù)域中的束縛態(tài)使得共振得到增強。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數(shù)量級以上。
在這項工作中，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)實驗測量的硅開縫納米立方體陣列的二次諧波效率高達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構，同時也高于等離激元結構。
該研究領域相關專家認為，該項研究結果不僅推動了硅材料在非線性領域的進一步發(fā)展，同時為在晶格結構中心對稱材料中研究高效的二階非線性效應和器件提供了一種新策略。
