Backward phase-matched second-harmonic generation from stacked metasurfaces
我们展示了由堆叠的超材料表面组成的三维超材料的相位匹配二次谐波产生（SHG）。为了实现相位匹配，我们利用了一种新的机制，基于相位工程的超颖表面在相互作用的波长，促进相位匹配的SHG在非常规的向后方向。通过堆叠多达五个超颖表面，我们获得了预期的25倍的SHG效率增强。我们的研究结果激励进一步的调查，以实现更高的转换效率，也与更复杂的波前。
2020-06-12 physics.optics
Even-order optical harmonics generated from centrosymmetric-material metasurfaces
本文通过设计支持连续域中准束缚态和导模共振的硅介电超表面，在中心对称材料中实现了偶数阶光学谐波的高效产生，二次谐波信号增强超三个数量级，四阶谐波变得可检测。
2024-06-26 physics.optics
Metasurfaces with bound states in the continuum enabled by eliminating first Fourier harmonic component in lattice parameters
传统的光子晶格，如超材料和光子晶体，表现出各种有趣的物理特性，这归因于晶格参数的周期性调制。在这项研究中，我们介绍了新类型的光子晶格，即傅立叶组件工程超颖表面，不具有晶格参数中的第一傅立叶谐波分量。我们证明，这些超颖表面支持连续的高$Q$第二阻带附近的束缚态。周期调制中的工程傅里叶谐波分量的概念为在人工周期结构中操纵电磁波提供了一种新的方法。
2021-04-05 physics.optics
Resonant Asymmetric All-Dielectric Metasurface for Boosting Third-Harmonic Generation
共振超颖表面由于其鲜明的光谱特征和显著的场增强效应而受到广泛的关注。在这项工作中，通过打破硅纳米柱的面内对称性，我们实现了尖锐的法诺共振。计算分析了超颖表面的远场辐射和近场分布，进一步揭示了超颖表面的谐振特性。此外，理论推导和模拟表现出反二次依赖的Q-因子的非对称性参数，揭示了共振是由在连续介质中的受保护的束缚态。最后，我们在实验上验证了这种尖锐共振，并利用它有效地提高了三次谐波的产生。这种增强可以归因于超颖表面内部的强光学强度增强。
2020-04-03 physics.optics
Third-harmonic light polarization control in magnetically-resonant silicon metasurfaces
非线性超颖表面已经成为在纳米尺度上控制和工程化光的重要工具。通常，研究的是总产生的三次谐波的偏振。然而，衍射级可以呈现不同的偏振。在这里，我们设计了一个高品质因数的硅超颖表面的三次谐波产生和执行后焦平面成像的衍射级，它提出了丰富多样的偏振态。我们的研究结果表明，定制所产生的非线性衍射阶的偏振铺平了道路，以更高程度的波前控制的可能性。
2021-01-22 physics.optics
Silicon metasurfaces for third harmonic geometric phase manipulation and multiplexed holography
非线性波前控制是利用超颖表面实现非线性光学应用的关键要求。非线性频率转换和波前控制的许多方面已经被证明用于等离子体超颖表面。然而，一些缺点限制了它们在非线性纳米光子学中的应用，包括高耗散损耗和低光学损伤阈值。相比之下，已经表明，由高折射率金属构成的超表面可以提供强的非线性响应。尽管最近在使用全介电纳米结构和超颖表面的非线性光学过程中取得了进展，但在直接利用生成过程实现完全波前控制方面取得的进展要少得多。在这里，我们展示了非线性波前控制的三次谐波产生与硅超颖表面。我们使用Pancharatnam-Berry相位方法对纳米结构硅超颖表面上的相位梯度和全息图像进行编码。实验证明了偏振相关的波前控制和编码全息图在三次谐波波长下的高保真再现。此外，我们表明，全息复用是可能的，通过利用三次谐波产生的偏振态。我们的方法简化了设计和制造过程，并铺平了道路，以一个易于使用的工具箱，非线性光学波前控制与全介质超颖表面。
2020-04-08 physics.optics
Near-unity third-harmonic circular dichroism driven by quasi-BIC in asymmetric silicon metasurfaces
我们使用数值模拟来证明三次谐波产生与近1的非线性圆二色性（CD）和高转换效率（$ 10^{-2}\ \text{W}^{-2}$）在非对称Si-on-SiO $_2$超颖表面。其工作原理依赖于连续介质中准束缚态的选择性激发，其特征在于具有非常高的（$>10^5$）质量因子。通过改变超颖表面的几何参数来调节多模干涉，我们证明了线性CD和非线性CD独立控制的可能性。我们的研究结果铺平了道路的发展全介质超颖表面的非线性手征光学器件具有高转换效率。
2022-02-18 physics.optics
Second harmonic and sum-frequency generations from a silicon metasurface integrated with a two-dimensional material
硅基非线性超颖表面由于晶体中心对称性仅具有三阶非线性，效率相当低，这阻碍了它们在低功率激光器中的实际应用。在这里，我们建议将二维的GaSe薄片集成到硅超颖表面上，以帮助高效率的二阶非线性过程，包括二次谐波产生（SHG）和和频产生（SFG）。通过共振泵浦集成的GaAs超颖表面，支持Fano共振，所获得的SHG比裸硅超颖表面的三次谐波产生强约两个数量级。此外，由于共振场增强和GaSe的强二阶非线性，该集成结构可以用低功率连续激光成功地激发出倍频，为进一步实现SFG提供了可能。二维材料辅助下的高效率二阶非线性过程为扩展硅超颖表面的非线性功能提供了可能。
2019-04-22 physics.optics
Multiply-resonant Second-harmonic Generation using Surface Lattice Resonances in Aluminum Metasurfaces
非线性超材料显示出实现平坦非线性光学器件的潜力，但通常缺乏可实现的转换效率。最近的工作集中于通过利用高品质因数共振来增强非线性过程，例如在周期性金属纳米颗粒阵列中发生的被称为表面晶格共振（SLR）的集体响应。在这里，我们调查如何色散性质的SLR影响的SLR支持超颖表面的非线性响应。特别是，我们测量从铝纳米颗粒阵列的二次谐波产生，并证明，通过倾斜样品沿两个正交方向，样品可以多共振的几个泵和二次谐波信号波长组合。表征的超颖表面估计表现出0.40 pm/V的二阶磁化率值，表明铝作为非线性超颖表面的潜在材料。
2021-06-28 physics.optics
Metasurface-assisted phase-matching-free second harmonic generation in lithium niobate waveguides
相位匹配条件是非线性波长转换过程中的一个重要条件，它要求参与转换过程的光子动量守恒。传统上，非线性相位匹配使用双折射或周期性极化的非线性晶体来实现，这需要仔细的色散工程并且通常是窄带的。近年来，由密集排列的光学天线阵列组成的超颖表面已经被证明可以提供有效的光学动量来以任意方式弯曲光。在这里，我们证明了梯度超颖表面结构组成的相控阵天线能够规避相位匹配的要求，在片上非线性波长转换。我们实验证明了在具有梯度超颖表面图案化的薄膜锂酸盐波导中，可以在许多相干长度上产生无相位匹配的二次谐波。在宽范围的泵浦波长（1580 - 1650 nm）上观察到基于超颖表面的器件中的有效二次谐波产生（1660%W-1cm-2）。
2017-08-09 physics.optics
Enhanced High-Harmonic Generation from an All-Dielectric Metasurface
最近观察到的高次谐波产生固体工程基本强场过程中创建了一个新的可能性，通过图案化的固体目标与亚波长纳米结构。全介电超颖表面表现出高的损伤阈值和驱动场的强增强，使它们成为在纳米尺度上控制高次谐波和其他高场过程的有吸引力的平台。在这里，我们报告增强的非微扰高谐波发射的Si超颖表面，具有尖锐的Fano共振导致从一个经典的模拟电磁感应透明。与未图案化的样品相比，谐波发射增强了两个以上的数量级。增强的高次谐波是高度各向异性的激发偏振和选择性的激发波长，由于其共振功能。通过结合纳米纤维技术和超快强场物理，我们的工作为设计在高强度和短波长下工作的新型紧凑超快光子器件铺平了道路。
2017-10-11 physics.optics
Giant asymmetric second-harmonic generation in bianisotropic metasurfaces based on bound states in the continuum
双各向异性是一个强大的概念，使不对称的光学响应，包括不对称反射，吸收，光学力，光陷阱，和激光。这些非对称效应的物理根源可以从磁电耦合和非对称场增强来理解。在这里，我们从理论上提出了高度不对称的二次谐波产生（SHG）在双各向异性AlGaAs超颖表面。我们发现，大约四个数量级的二次谐波功率差的前向和后向照明可以通过改变几何参数，符合准束缚态的连续。我们的研究为定向产生高阶波铺平了道路，并可能对非线性全息图有用。
2021-07-06 physics.optics
Unconventional high-harmonic generation in resonant membrane metasurfaces
研究发现在准连续域束缚态驱动的高Q谐振超表面中，高次谐波产生打破常规整数幂律，表现出非整数强度依赖性，为纳米尺度光物质相互作用提供了新理解。
2025-06-25 physics.optics
Wavefront Control and Intensity Modulation of Third Harmonic Generation in Nonlocal Metasurfaces
Peking University（北京大学）；Nanchang University（南昌大学）；Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本研究通过非局域超材料实现第三谐波生成的波前控制与强度调制，展示了高转换效率和相位调制能力。
2026-02-02 physics.optics
Metasurface-on-Lithium-Niobate Architecture for Spin-decoupled Second Harmonic Wavefront Shaping
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Eastern Institute of Technology（东方理工大学）
提出一种铌酸锂上超表面架构，将二次谐波产生与波前整形分离，实现自旋解耦的光束偏转和自旋复用全息，为非线性超光学提供可扩展平台。
2026-10-05 physics.optics
Spectral tuning of high-harmonic generation with resonance-gradient metasurfaces
本文提出利用由锗骨状纳米谐振器组成的共振梯度超表面，实现中红外波段高Q值光学共振，结合可调谐激光器，实现了对三次和五次谐波产生的宽光谱共振增强与可调谐控制。
2023-07-28 physics.optics
High-harmonic generation from metasurfaces empowered by bound states in the continuum
连续介质中的光学束缚态（BIC）的概念支持了嵌入辐射光谱中的强局域波的存在，这种波可以增强亚波长光子结构中的电磁场。早期对波导和光子晶体中光学BIC的研究揭示了它们的拓扑性质，准BIC超颖表面的概念促进了强光-物质相互作用在生物传感、激光和低阶非线性过程中的应用。在这里，我们采用BIC授权的电介质超颖表面，以有效地产生高达11阶的高光学谐波。我们优化的BIC模式的前几个谐波和观察微扰和非微扰非线性制度之间的过渡。我们还提出了一个一般性的策略，用于设计具有强共振和非微扰非线性的亚波长结构。我们的工作在亚波长尺度上架起了微扰和非微扰非线性光学领域的桥梁。
2020-08-26 physics.optics
Volumetric B1+ field homogenization in 7 Tesla brain MRI using metasurface scattering
Seoul National University（首尔大学）
提出基于散射理论的超表面设计方法，通过系统寻找散射ansatz并采用剪枝技术最小化参与模式，在7特斯拉MRI中实现体积场均匀性，将场均匀性提升两倍以上并抑制局部加热，性能优于商用3特斯拉MRI。
2024-09-09 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Phase-Matched Second-Harmonic Generation from Metasurfaces Inside Multipass Cells
本研究提出将非线性超构表面集成到多通池中的可扩展方法，通过超构表面设计实现相位匹配，实验验证9次通过时二次谐波产生信号增强一个数量级，为提升超构表面器件非线性响应提供通用路径。
2023-10-06 physics.optics
Resonantly tunable second harmonic generation from lithium niobate metasurfaces
二次谐波（SHG）是一种相干非线性现象，在激光颜色转换中起着重要的作用。锂酸锂（LN）具有大的禁带宽度和突出的二阶非线性，是一种重要的非线性频率转换材料，其光谱范围从紫外到中红外。在这里，我们实验证明LN超颖表面具有可控的SHG性能。在米氏共振处观察到SHG效率的明显增强。通过改变超颖表面的几何参数以及共振，我们能够选择性地提高不同波长下的SHG效率。我们的研究结果将为开发高灵活性的新型紧凑型非线性光源的应用，如生物传感和光通信铺平了道路。
2020-10-26 physics.optics
Nonlinear and Ultrafast All-Dielectric Metasurfaces at the Center for Integrated Nanotechnologies
超表面通过在表面上布置的纳米级谐振器阵列来控制光学波前。当与具有强光学非线性的III-V族半导体结合时，可以在纳米尺度上实现和增强各种非线性效应，例如谐波产生和全光调制。这篇综述介绍了我们在集成纳米技术中心（CINT）制造的超快和非线性半导体超颖表面中的工程和增强非线性效应的研究。我们涵盖了我们最近的工作，通过直接和级联过程中的GaAs超颖表面使用米氏光学共振或连续介质保护的束缚态的参数产生谐波光，然后描述了最近的进展，谐波产生耦合到III-V族半导体异质结的子带间跃迁的全介质超颖表面。该评论的结论是超颖表面作为芯片上量子光产生的下一个平台的潜力。
2022-05-26 physics.optics
Polarization-controlled dynamically switchable high-harmonic generation from all-dielectric metasurfaces governed by dual bound states in the continuum
定制光学非线性效应（如谐波产生、和频混频等）在最近出现的全介质平台中，对于高效、超快和小型化光子器件的基础科学和工业发展都是重要的。在这项工作中，我们提出了一种新的范例，通过利用偏振控制的双束缚态在连续（BIC）的硅纳米二聚体超颖表面的动态切换高谐波产生。由于BIC共振的高品质因数，从直接过程以及通过简并四波混频的级联过程获得包括三次谐波产生和五次谐波产生的有效谐波信号。此外，可以相对于基本泵激极化以高选择性打开或关闭BIC及其共振增强谐波。与以前的报道相比，我们的工作提供了一个简单而有效的调谐策略，充分利用结构的对称性和偏振自由度，而不是诉诸于额外的外部刺激，这将有很大的优势，智能设计可调谐和可切换的非线性光源芯片级应用。
2022-03-11 physics.optics
Leveraging Plasmonic Nanocavity Arrays Forming Metasurfaces to Boost Second Harmonic Generation due to Surface Effects
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Applied Research Labs, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室）；University of Memphis（孟菲斯大学）
本文通过等离子体纳米腔阵列形成的超材料，利用钛氧化物的表面非线性极化效应显著增强二次谐波生成。
2025-12-16 physics.optics
Robust enhancement of high-harmonic generation from all-dielectric metasurfaces enabled by polarization-insensitive bound states in the continuum
新兴的全电介质平台表现出高质量（$Q$）共振，其由驱动高效非线性光学过程的连续体（BIC）中的束缚态物理所支配。在这里，我们展示了强大的增强三次谐波（THG）和五次谐波产生（FHG）从由四个硅纳米盘组成的全介电超颖表面。通过对称性破缺，真正的BIC转变为具有紧密场约束的高$Q$准BIC共振，以使用1 GW/cm $^{2}$的中等泵浦强度来实现$3.9\times10^{-4}$ W $^{-2}$的创纪录的高THG效率和$4.8\times10^{-10}$ W $^{-4}$的FHG效率。此外，准BIC和共振增强谐波表现出偏振不敏感的特性，由于特殊的$C_{4}$排列的元原子。我们的研究结果为智能设计高效、鲁棒的非线性纳米光子器件提供了思路。
2022-03-27 physics.optics
Continuous Wave Second Harmonic Generation from an Etchless Lithium Niobate Resonant Metasurface
The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
本文展示了一种无蚀刻锂铌酸盐共振超材料平台，实现连续波二次谐波产生，通过指导模式共振耦合、低光学损耗和CMOS兼容工艺，实现高质量因子和高转换效率，揭示了连续波共振二次谐波产生中的瞬态动力学特性。
2026-04-20 physics.optics
Tunable Unidirectional Nonlinear Emission from Transition-Metal-Dichalcogenide Metasurfaces
非线性光源是无数应用的核心，推动了对纳米级非线性光源的追求。在这一探索中，非线性超颖表面具有很大的前景，因为它们通过其谐振光子环境和高折射率（例如在高折射率介电超颖表面中）增强非线性效应。然而，尽管介电超颖表面在基波处的子衍射操作，但是对于非线性生成的谐波不满足该条件，由此迄今为止所有非线性超颖表面发射多个衍射光束。在这里，我们展示了增强的单光束的第二和第三谐波产生在晶体过渡金属二硫属化物材料的超颖表面，提供最高的折射率。我们发现，超颖表面的共振之间的相互作用允许在向前或向后的方向上的单向二次谐波辐射的调谐，在任何散装非线性晶体中是不可能的。我们的研究结果为基于超颖表面的非线性光源，包括非线性镜和纠缠光子的产生提供了新的机会。
2021-05-24 physics.optics
Doubly resonant enhancement of second-harmonic generation with in-plane phase matching in plasmonic metasurfaces on an AlInP slab waveguide
Department of Applied Physics, Aalto University（阿尔托大学应用物理系）；Engineered Nanosystems Group, Aalto University（阿尔托大学工程纳米系统小组）
研究在AlInP平板波导上的等离子体超表面中，通过高Q导模共振的面内相位匹配增强二次谐波产生。采用金纳米盘周期性阵列的混合超表面，实验和模拟表明双共振条件下二次谐波增强，为实现高效超表面频率转换器提供策略。
2026-07-10 physics.optics
Enhanced third harmonic generation with graphene metasurfaces
不同材料的非线性响应为光开关、低噪声放大和谐波频率产生提供了有用的机制。然而，非线性过程通常具有非常弱的性质，并且需要高输入功率来激励。为了缓解这一严重的限制，我们提出了新的设计，由图案化的石墨烯微带组成的非线性超颖表面，以显着提高在远红外和太赫兹（THz）频率的三次谐波产生（THG）。在这些配置中，由于高度局域化的等离子体激元的激发，入射波被紧紧地限制并且沿着石墨烯的表面被显著地增强。由于在石墨烯微带下方引入金属衬底，谐振响应的带宽变得更窄，这导致中间介电间隔层内部的零传输和驻波。入射场的增强，结合石墨烯的大的非线性电导率，可以将THG转换效率显著提高几个数量级。此外，超颖表面的谐振频率可以通过经由电或化学掺杂动态地调谐石墨烯的费米能量来调节。结果，可以优化和调谐三次谐波生成的波以在不同频率下发射，而不需要改变非线性超颖表面几何形状。所提出的非线性超颖表面提供了一种新的方式来实现紧凑和高效的非线性源在远红外和太赫兹频率范围内，以及新的频率产生和波混合设备，预计将是有用的非线性太赫兹光谱和非侵入性太赫兹成像应用。
2017-07-07 physics.optics
Chiral high-harmonic generation in metasurfaces
本文将手性高次谐波产生概念引入由非手性纳米谐振器阵列组成的超表面，通过谐振器与晶格对称性相互作用可控产生手性，并预测两个正交圆偏振泵浦之间谐波亮度具有高对比度，为纳米结构固体中的手性阿秒物理和极紫外光学开辟新方向。
2025-07-03 physics.optics
Continuous wave second harmonic generation enabled by quasi-bound-states in the continuum on gallium phosphide metasurfaces
共振超颖表面是一个有吸引力的平台，用于增强非线性光学过程，如二次谐波产生（SHG），因为它们可以产生非常大的局部电磁场，同时放松相位匹配的要求。在这里，我们通过演示可见范围的连续波（CW）SHG，使该平台更接近实际应用。我们这样做是通过结合有吸引力的材料特性的磷化镓工程，高品质因数的光子模式，使在连续的束缚态。对于最佳情况，当泵浦波长为1200 nm，连续光强为1 kW/cm $^2$时，系统的效率约为5e-5% W $^{-1}$.此外，我们测量的外部效率高达0.1% W $^{-1}$与泵的强度只有10 MW/cm $^2$的脉冲照射。该效率高于先前报道的电介质超颖表面的值，但在这里实现的泵浦强度低两个数量级。
2021-02-04 physics.optics
Spatial Symmetries in Multipolar Metasurfaces: From Asymmetric Angular Transmittance to Multipolar Extrinsic Chirality
我们提出了一个框架，连接的超表面的空间对称性，其材料参数张量和散射矩阵。这提供了一种简单而有效的方法来毫不费力地确定超颖表面散射响应的特性，例如手性或不对称透射，以及在均匀化过程的前景中应该考虑其有效材料参数中的哪些。与现有技术相比，这种方法不需要任何群论或复杂的数值模拟方案的先验知识，因此使其快速，易于使用和访问。其工作原理包括递归求解适用于偶极和四极材料参数的不变性条件，其中包括非局部相互作用以及元表面散射矩阵。因此，整个过程只需要列出元表面的空间对称性。使用所提出的框架，我们证明了多极外在手性的存在，这是一种形式的手性响应，实现了几何非手性结构敏感的场梯度，即使在正常的入射。
2022-08-26 physics.optics
Second harmonic generation with plasmonic metasurfaces: direct comparison of electric and magnetic resonances
金属纳米结构中的等离子体共振已被证明可以显著增强局部电磁场，从而提高非线性光学现象的效率，例如二次谐波产生（SHG）。虽然已经在实验中观察到增强的场可以显着提高SHG，但迄今为止，已经证明难以在同一个纳米结构中探测电共振和磁共振。然而，这对于直接比较SHG增强的电和磁分量的相对贡献是必要的。在本文中，我们报告了一个实验研究的超颖表面能够提供电和磁共振倍频增强TM极化。我们的超颖表面可以被设计成使得电共振和磁共振的峰值频率可以被独立地调整。我们使用这个特征来区分它们的相对贡献。实验上观察到，磁共振与电共振相比仅提供50%的SHG增强。此外，在频率上对齐两个谐振导致1.32 X 10^（-10）的转换效率。
2015-09-29 physics.optics
Third Harmonic Upconverted Full-Stokes Imaging with High-Efficiency Germanium Metasurface from MWIR to SWIR
University of Oklahoma（俄克拉荷马大学）
本文提出了一种基于高效率锗超材料的三阶谐波上转换全立体成像方法，实现了中波红外到短波红外的高效偏振测量。
2025-12-21 physics.optics
Tunable and Dual-broadband Giant Enhancement of SHG and THG in a Highly-engineered Graphene-Insulator-Graphene Metasurface
我们展示了一种新的方案，以显着提高二次和三次谐波产生的石墨烯绝缘体石墨烯超颖表面。我们的方法的关键基本特征是双共振现象的存在，即超表面被设计为在基频和高次谐波处都具有基本等离子体共振。特别是，这种双共振场增强在两个光学频率，结合一个有利的空间重叠的光学近场，导致产生的高次谐波增加了几个数量级。值得注意的是，我们证明了通过调整石墨烯光栅的费米能量，双共振特性可以在~20 THz的宽光谱范围内锁定，同样重要的是，增强的非线性频率产生过程可以在同一设备中在二次和三次谐波之间容易地切换。这种新型的石墨烯超颖表面可以为开发新型超紧凑和多频有源光子纳米器件开辟新的途径。
2020-05-11 physics.optics
Parametrically Excited Time-varying Metasurfaces for Second Harmonic Generation
参量振荡是非线性波-物质相互作用的基础，导致新频率分量的产生或放大。利用由控制直流（dc）电场和光场的外差干涉产生的时间调制，我们共振驱动非晶硅超原子-光学超颖表面的纳米级构建块的大振幅振荡。我们观察到的电场控制的开关比超过10000和超高的调制深度为405每伏的二次谐波产生（SHG）增强。一个简单的Mathieu方程，包括一个时间相关的谐振捕获的实验数据的大部分功能（例如，SHG强度具有超二次直流场依赖性），并提供洞察SHG效率提高通过参数调制。我们的工作提供了一个紧凑的，电可调和CMOS（互补金属氧化物半导体）兼容的方法来提高和动态控制芯片上的非线性光产生。它在光通信和信号处理方面具有巨大的应用潜力。
2020-01-09 physics.optics
Less is more - enhancement of second-harmonic generation from metasurfaces by reduced nanoparticle density
我们研究光学二次谐波产生（SHG）从超颖表面，其中非中心对称的V形金纳米粒子有序排列成规则的阵列配置。与预期相反，当阵列中颗粒的数量密度降低时，观察到SHG信号的显著增强。更具体地说，通过将数密度减半，我们获得了超过五倍的SHG强度增强。这一惊人的结果归因于由晶格介导的有利的粒子间相互作用，其中表面晶格共振导致等离子体共振的光谱变窄。然而，重要的是，这些结果不能单独用等离子体共振质量的提高来解释。相反，晶格相互作用还导致粒子处的局部场的进一步增强。实验观测结果与包括晶格相互作用在内的数值模拟结果吻合得很好。
2018-08-20 physics.optics
Multiband Hybrid Metasurface for Enhanced Second-Harmonic Generation via Coupled Gap Surface Plasmon Modes
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）；King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM)（法赫德国王石油与矿物大学）
提出一种支持多间隙表面等离子体（GSP）和局域表面等离子体（LSP）模式的多带混合超表面，通过优化几何参数实现近红外和通信波段四个共振，并数值研究二次谐波产生（SHG）响应，在共振波长处由于强电磁场限制增强SH发射。
2026-05-27 physics.optics
Electro-optically tunable second-harmonic generation in lithium niobate metasurfaces boosted by Brillouin zone folding induced bound states in the continuum
本文通过在铌酸锂超表面中策略性调整空气孔位置诱导布里渊区折叠连续域束缚态，实现了高品质因子下的电光可调二次谐波产生，在15 V电压下调制深度超过0.99。
2025-04-25 physics.optics
Nonlinear Nonlocal Metasurface for Harmonic Generation and Manipulation
本文提出一种支持准俘获模式的非线性非局域超表面，通过拓扑非对称全介质超原子实现三次谐波增强超三个数量级，并利用PB相位在基波和谐波波长处实现螺旋性依赖的波前控制。
2025-07-18 physics.optics
Tensor-driven geometric phase in nonlinear AlGaAs metasurfaces
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学纳米科学和纳米技术研究中心）；University of Brescia（布雷西亚大学）
研究通过非线性光束偏转和结构光生成，展示AlGaAs超材料中几何相位设计的灵活性，提升谐波生成效率。
2026-01-26 physics.optics
Resonantly enhanced second-harmonic generation using III-V semiconductor all-dielectric metasurfaces
纳米结构材料中的非线性光学现象一直在挑战我们对自激光发明以来一直在探索的非线性光学过程的看法。例如，与体材料相比，几乎独立地控制光场限制、增强和散射的能力允许非线性频率转换效率提高许多数量级。此外，亚波长长度尺度使得相位匹配问题无关紧要。与等离子体纳米结构相比，介电谐振器超材料由于其更大的模体积而在增强非线性光学过程方面显示出巨大的潜力。在这里，我们提出，第一次，共振增强二次谐波产生（SHG）使用砷化镓（GaAs）为基础的介电超颖表面。使用阵列的圆柱形谐振器，我们观察到的SHG增强因子高达104相对于未图案化的GaAs。在磁偶极共振条件下，我们测量到在泵浦强度为3.4 GW/cm 2时的绝对非线性转换效率为~ 2 × 10 ^（-5）。的二次谐波的偏振特性表明，体和表面的非线性起着重要的作用，在所观察到的非线性过程。
2016-08-15 physics.optics
Enhanced Third-Harmonic Generation in a Bound State in the Continuum Assisted Multiband All-Dielectric Metasurface
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
该研究设计了含硅纳米块的全介质超表面，利用连续介质中的准束缚态实现多带Fano共振，增强了紫外多带三次谐波产生，为多带光子器件研发提供了新途径。
2026-09-30 physics.optics
Gold-polymer hybrid metasurface for polarization-independent enhanced third harmonic generation in the ultraviolet
Institute of Materials Science of Barcelona ICMAB – CSIC（巴塞罗那材料科学研究所）；Aviation and Missile Center, US Army CCDC（美国陆军CCDC航空与导弹中心）；University of Brescia（布雷西亚大学）
金-聚合物混合超材料实现极化无关的紫外波段高效第三次谐波生成，为多极化纳米光子器件提供新方案。
2025-12-22 physics.optics
Enhanced third-harmonic generation and degenerate four-wave mixing in an all-dielectric metasurfaces via Brillouin zone folding-induced bound states in the continuum
本研究在气孔型非线性超表面中引入布里渊区折叠诱导的连续域束缚态，实现了x和y偏振下三次谐波产生与简并四波混频的大幅增强，为芯片级非线性光学应用提供了新途径。
2024-11-19 physics.optics
Monoclinic nonlinear metasurfaces for resonant engineering of polarization states
本文提出采用单斜晶格手性超表面与非手性超原子，在线性和非线性区域通过三次谐波共振实现线偏振光到椭圆偏振光的转换，并揭示输入偏振角与晶格手性响应对转换的关键作用。
2025-03-28 physics.optics
Dynamic and Continuous Control of Second-Harmonic Chirality through Lithium Niobate Nonlocal Metasurface
提出一种由x切铌酸锂薄膜和等离激元纳米天线组成的非线性非局域超表面，通过旋转线偏振泵浦偏振方向，利用正交传播导模的失谐共振，实现了二次谐波手性在全范围内的动态连续调谐，为可调谐手性光源开辟了新途径。
2025-09-16 physics.optics
Third-harmonic generation in photonic topological metasurfaces
我们研究了二维光子超颖表面在纳米尺度上支持拓扑保护的螺旋边缘态的非线性效应。我们观察到强烈的三次谐波产生介导的光学非线性增强硅纳米粒子的多极米氏共振。泵浦光束波长的变化使得能够独立地对体模或自旋动量锁定边缘状态进行高对比度成像。我们展示了拓扑驱动的可调谐本地化所产生的谐波场和映射的赝自旋相关的单向波导的边缘状态绕过尖角。我们的观察建立介电超颖表面作为一个有前途的平台，强大的生成和传输的光子拓扑光子纳米结构。
2019-07-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced Harmonic Generation in Gases Using an All-Dielectric Metasurface
强场约束，长寿命的共振，和慢光效应表明，Meta表面是一个有前途的工具，非线性光学应用。这些纳米结构的器件已被用于相对高效率的固态高次谐波产生平台、四波混频和拉曼散射实验等。在这里，我们报告的第一个全电介质超颖表面，以提高谐波产生从周围的气体，实现高达45的因素增加氩原子的总产量。当与金属纳米结构相比时，对于高功率应用（例如使用原子气体的应用），纳米结构更鲁棒地抵抗损坏。我们采用二聚高对比度光栅制造的绝缘体上的硅，支持束缚态的连续，一个共振功能可在破缺对称平面设备。我们的1D光栅保持大的模式体积，克服了早期设备设计的更严重的限制之一，并大大有助于增强三次和五次谐波产生。可以实现的相互作用长度也明显大于早期固态设计所限制的10 nm。我们进行时域有限差分模拟，充分表征的波长，线宽，模式分布，和偏振依赖的共振。我们的实验证实了这些预测，并与其他非线性光学性质是一致的。我们在这些设备中展示的可调谐波长依赖性和质量因子控制使它们成为下一代高谐波源的有吸引力的工具，这些高谐波源预计将以更长的波长和更低的峰值功率，更高的重复率激光器进行泵浦。
2020-09-02 physics.optics
Arbitrary manipulations of dual harmonics and their wave behaviors based on space-time-coding digital metasurface
时空调制超颖表面由于在空间和时间域中操纵电磁（EM）波的额外自由度而引起了显著的关注。然而，现有的技术具有有限的波控制能力，导致只有少数可行的方案，如仅调节一个特定的谐波。在这里，我们建议实现独立的操纵任意双谐波和他们的波的行为，使用空时编码（STC）的数字元表面。通过对超颖表面的反射相位采用不同的STC序列，可以同时实现两个期望谐波的独立相位图案配置，这进一步导致在两个谐波频率处的独立光束成形。建立了光谱和空间光束任意双谐波操纵的解析理论，并通过实验得到了验证。提出的STC策略为多功能可编程系统的设计提供了一种新的思路，在认知雷达和多用户无线通信等领域具有潜在的应用前景。
2020-06-26 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear Metasurfaces: A Paradigm Shift in Nonlinear Optics
频率转换过程，如二次和三次谐波产生，是非线性光学中最常见的效应之一，为光子学、化学、材料科学、表征和生物传感提供了许多机会。鉴于天然材料固有的弱非线性响应，人们通常依赖于光学大样本和复杂的相位匹配技术来实现非线性效应。然而，将这些方法直接转化为小尺寸是非常具有挑战性的，因为在不达到导致材料击穿的极高光强度的情况下，不能诱导与线性响应局部相当的非线性效应。由于这个原因，寻求合成在中等输入强度下具有增强的光学非线性的新型材料是非常活跃的。在过去的十年中，人们引入了几种设计人造材料、超材料和超表面非线性特性的方法。在这里，我们回顾了小尺度非线性光学领域的当前技术水平，特别强调从等离子体超颖表面产生高次谐波，包括基于等离子体和高折射率介质谐振器的超颖表面，以及负载等离子体超颖表面。我们讨论了特定的电磁场配置的有效谐波产生的作用，包括磁偶极子，法诺共振，和anapole的。我们还讨论了最新的进展，在控制所产生的非线性波的相位前配置文件，使非线性元表面组成的纳米谐振器与明智的定制形状。最后，我们比较可行的方法，以提高非线性无相位匹配的约束条件下的超颖表面，并提供了一个角度和展望这个令人兴奋的领域的未来发展。
2017-06-23 physics.optics
Nonlinear chiral metasurfaces based on structured van der Waals materials
本文首次将纳米结构范德华材料用于非线性手性光子学，利用准连续域束缚态使 hBN 超表面三次谐波增强三个数量级，并实现强非线性圆二色性。
2024-08-15 physics.optics
Nonlinear wavefront control by geometric-phase dielectric metasurfaces: Influence of mode field and rotational symmetry
非线性Pancharatnam-Berry相位超颖表面通过利用光子自旋相关的非线性几何相位来促进频率转换过程的非平凡相位调制。然而，由于等离子体纳米结构固有的高欧姆损耗和低损伤阈值，等离子体超颖表面在非线性频率转换方面显示出一些严重的限制。在这里，我们系统地研究了非线性几何相位与三次谐波产生过程中发生的全介质超颖表面，这是由不同的面内旋转对称的硅纳米鳍。我们发现，谐振基波场的不同场分量之间的波耦合引起所产生的三次谐波信号的不同的非线性几何相位的外观。我们的理论很好地解释了实验观察到的非线性光束转向和非线性全息实现的全介质几何相位超颖表面的工作。我们的工作提供了一个新的物理图片，以了解发生在纳米介质谐振器的非线性光学过程，并将有助于设计具有定制的相位特性的非线性超颖表面。
2020-04-09 physics.optics
Enhancement of third harmonic generation induced by surface lattice resonances in plasmonic metasurfaces
我们实验研究了由中心对称的金纳米棒组成的二维矩形晶格的等离子体超颖表面的三次谐波产生（THG）。通过改变入射角和晶格周期，我们展示了在所涉及的波长的表面晶格共振（SLR）是如何在确定的非线性效应的大小的主要贡献者。当我们以相同或不同的频率一起激发一个以上的SLR时，可以观察到THG的进一步提升。当这种多个共振发生时，观察到有趣的现象，例如沿超表面反向传播表面波的最大THG增强，以及模拟三阶非线性的级联效应。
2022-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced third-harmonic generation induced by nonlinear field resonances in plasmonic-graphene metasurfaces
非线性超颖表面提供了新的范例，以提高光学效应超越传统材料的限制。在这项工作中，我们提出了一种替代方法来产生显着的三次谐波产生（THG）的基础上非线性场共振，而不是线性场增强，这是一个典型的战略，实现强非线性响应。通过设计和研究一种在太赫兹波段具有混合导模和连续模束缚态的非线性等离子体-石墨烯超颖表面，发现由于产生的弱三次谐波场与这些模之间的强共振，可以观察到具有窄带宽的三次谐波。这种强的非线性场共振极大地增强了光子-光子相互作用，从而导致整个系统的大的有效非线性系数。这一发现为非线性光学超颖表面的研究提供了新的契机。
2020-04-14 physics.app-ph physics.optics
