【摘 要】
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非线性光学是当今光学领域的热门研究方向之一。常见的非线性现象有:二次谐波(SHG),三次谐波(THG),四波混频(FWM)等。THG由于其突出的优点在全息图,传感器,医学成像等领域被广泛应用。然而,THG很大程度依赖于结构的材料属性,其强度通常非常弱,这一点严重制约了它的发展。已有很多研究尝试增强THG,金属由于其等离激元效应而被广泛用于非线性增强。不利的一方面是金属的固有损耗很高以及发热严重,这
【基金项目】
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国家自然科学基金(项目编号:11674275); 河北省自然科学基金(项目编号:F2020203110,F2021203052);
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非线性光学是当今光学领域的热门研究方向之一。常见的非线性现象有:二次谐波(SHG),三次谐波(THG),四波混频(FWM)等。THG由于其突出的优点在全息图,传感器,医学成像等领域被广泛应用。然而,THG很大程度依赖于结构的材料属性,其强度通常非常弱,这一点严重制约了它的发展。已有很多研究尝试增强THG,金属由于其等离激元效应而被广泛用于非线性增强。不利的一方面是金属的固有损耗很高以及发热严重,这直接限制了非线性转化效率。高折射率电介质构成的谐振器的出现一定程度上克服了金属的弊端。本文围绕相变材料这种高折射率电介质研究了可以增强并动态调谐THG的亚波长谐振器。本文首先研究了Ge2Sb2Te5(GST)纳米盘的Mie谐振。运用笛卡尔和球形电磁多级子展开理论将纳米盘的散射谱分解,确定各多级子对散射截面的贡献,以及理论分析anapole模式的形成。研究了Mie谐振在纳米盘内部的近场增强作用,以及对非线性响应的影响。然后计算了纳米盘在各个谐振模式下的THG强度,在光学谐振的作用下,THG强度被显著增强。利用相变材料可以在加热、脉冲等外界刺激下灵活改变相态的特性,GST纳米盘在固定几何尺寸的情况下,可以灵活改变谐振波长,实现了THG强度在固定波长处随相态的切换,以及THG波长在可见光范围宽带调谐。然后研究了新型相变材料Sb2Se3超表面的线性和非线性光学响应。设计了一种支持对称性保护的连续体中的束缚态(BIC)的超表面,通过打破超原子的反转对称性将其转化为准BIC,分析了准BIC超表面由射通道的增加引起的反射谱变化以及Q因子演化趋势,利用多极分解及其电场分布确定了谐振类型为磁偶极子。由于Sb2Se3在近红外波段极低的光学损耗以及相态之间的折射率差异,使BIC波长可以在近红外波段连续调谐。然后研究了磁偶极子的准BIC超表面的非线性响应。由于体积内的电场增强使得THG强度大大提高,比无结构化的薄膜高7个数量级。
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