电可调非线性极化超表面

       由亚波长结构组成的二维光学超表面能够控制局部散射振幅、相位和极化状态，为操纵光开辟了一条全新的途径，并且产生了平面光学的概念。在过去的十年中，对电重构超表面的研究，引起了科研人员浓厚的兴趣。因为它们可以提供一个平台，使光的动态操作得到广泛的应用。其中，由半导体异质结构中的子带间非线性与纳米谐振器中的光学模式耦合产生的非线性极化超表面，最近被证明了在非常低的泵浦强度(每平方厘米几十千瓦的量级)下具有高效的混频特点。在这些亚波长结构中，波的混频效率、频谱带宽和局部非线性相位不依赖于相位匹配，而只依赖于组成结构的超单元的非线性响应。

       近日，韩国蔚山科学技术院电气工程系Jongwon Lee等人利用这一特性来演示一种电可调非线性超表面，该超表面结合了等离子体纳米腔和量子工程半导体异质结构，其中局部非线性响应的幅度和相位由偏压通过量子约束Stark效应控制。演示了用于二次谐波产生的光谱调谐、动态强度调制和动态光束操纵。这些先进的功能并没有以牺牲二次谐波产生的转换效率为代价，此外超表面还提供了超过0.2%的这一创纪录的非线性光功率转换效率。该方法可以扩展到其它非线性光学过程，如和频、差频和三次谐波的产生，并且通过使用特殊的材料，该超表面的光谱范围可以扩展到近红外波段。电可调谐非线性超表面可能极大地扩展平面非线性光学的应用，并为诸如电可调谐非线性光源、动态非线性全息、非线性信息处理和量子光学等创新应用创造新的途径。相关研究工作发表在《Nature Photonics》上。（丁雷）

       文章链接：Jaeyeon Yu, et al. Electrically tunable nonlinear polaritonic metasurface, Nature photonics(2021). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00923-7.