Photonics Research

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An effective platform for low-pump power ultrafast nonlinear optics

天然材料通常在光频率下没有磁性。随着超材料/超表面领域的进步,它们从其共振构件的工程结构(即超原子)获得了光学特性,可以操纵光磁场的想法已成为现实。光磁不仅与各种有趣的现象有关,而且对于众多应用也非常重要。具有亚波长尺寸的等离子体和介电共振器都已用于实现光学中的磁性。与众所周知具有固有欧姆损耗的等离激元结构相比,电介质亚原子是非常理想的,因为它们具有极低的损耗来操纵光的独特能力。因此,

但是,由于可用光学材料的折射率通常处于中等水平,因此大多数报道的全介电超表面都受到多极模式之间耦合产生的相干效应的影响。这代表了当前方法的严重缺陷,该方法导致一系列不良特征,例如具有低Q因子和不良电场限制的光谱。因此,迫切需要一种新的策略,该策略将允许增强的Mie共振,从而在基于亚光学的系统中实现显着增强的光物质相互作用。通过成功实现这一目标,雷康博士,鲍华光博士和道格拉斯·H教授。宾夕法尼亚州立大学电气工程系的沃纳(Werner)证明,通过向系统中添加高反射率后视镜,可以显着增强高折射率谐振器中的光学磁性,同时还可以改善场域限制和增强。这项工作发表在Photonics Research,Vol。第七期,2019年11月(雷康,鲍华光,道格拉斯·维尔纳(Douglas H.Werner)。关键词:表面高折射率谐振器,增强干涉的光磁,通往高性能超紧凑线性和非线性亚光学的途径 光子学研究,2019,7(11):1296-1305)。

The results in this work show that the magnetic response from amorphous silicon (α-Si) resonators located on top of a gold backplane can be one order of magnitude stronger than that seen in those on a glass substrate. To highlight the transformative advancements offered by the proposed mechanism in tailoring the response of meta-optical systems, two proof-of-concept demonstrations are presented. Numerical simulations reveal that the proposed meta-optical systems comprised of Mie resonators with interference-enhanced magnetism not only can significantly boost low-pump power ultrafast nonlinear dynamics, but also are able to realize highly efficient directional excitation of surface plasmon waves.

Werner教授认为,这项工作代表了将Mie谐振器中的干扰增强磁性用于高性能超紧凑线性和非线性亚光学技术的重要一步。

未来的工作将集中在传输模式元设备的实现上,这些元设备表现出干扰增强的磁Mie共振。可以通过使用布拉格镜定制设计其反射和透射带来实现此类设备。

拟议的元光学系统的示意图,该系统是低泵浦功率超快非线性光学系统的有效平台。