红外与激光工程, 2020, 49 (9): 20201037, 网络出版: 2021-01-04
非线性超构表面：谐波产生与超快调控 
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Nonlinear metasurfaces: harmonic generation and ultrafast control
图 & 表
图 1. 非线性超构表面的二次谐波产生。 （a） 几种不同结构的金属超构表面 ；（b） 具有高损伤阈值的TiN等离子体超构表面； （c） 支持米氏谐振的砷化镓超构表面； （d）支持法诺谐振的砷化镓超构表面；（e） 支持BIC模式的铝镓砷超构表面；（f） 等离子体与子带间跃迁耦合的多量子阱超构表面 ；（g） 电场诱导二次谐波产生的硅基超构表面
Fig. 1. Nonlinear metasurfaces for second-harmonic generation. (a) Several metallic metasurfaces based on different structures; (b) TiN plasmonic metasurface with high damage threshold; (c) GaAs metasurface supporting Mie resonance; (d) GaAs metasurface supporting Fano resonance; (e) AlGaAs metasurface supporting BIC mode; (f) Multi-quantum-well metasurface with plasmon coupled to intersubband transitions; (g) Silicon metasurface with electric-field-induced-second-harmonic-generation
图 2. 非线性超构表面的三次谐波产生。（a） 几种不同结构的金属超构表面；（b） 支持米氏谐振的硅基超构表面；（c） 支持法诺谐振的硅基超构表面；（d） 支持anapole模式的硅基超构表面；（e）支持BIC模式的硅基超构表面
Fig. 2. Nonlinear metasurfaces for third-harmonic generation. (a) Several metallic metasurfaces based on different structures; (b) Silicon metasurface supporting Mie resonance；(c) Silicon metasurface supporting Fano resonance; (d) Silicon metasurface supporting anapole mode; (e) Silicon metasurface supporting BIC mode
图 3. 非线性超构表面的高次谐波产生。（a）利用金属超构表面实现近场增强的气态高次谐波源；（b） 等离子体增强的金属-蓝宝石超构表面；（c）等离子体增强的金属-硅复合超构表面；（d） 支持法诺谐振的硅基超构表面；（e）支持磁偶极谐振的砷化镓超构表面
Fig. 3. Nonlinear metasurfaces for high-harmonic generation. (a) Gaseous high harmonic sources with near-field enhancement based on a metallic metasurface; (b) Plasmon-enhanced metal-sapphire metasurface; (c) Plasmon-enhanced hybrid metal-silicon metasurface; (d) Silicon metasurface supporting Fano resonance; (e) GaAs metasurface supporting magnetic-dipole resonance
图 4. 基于非线性金属超构表面的宽带太赫兹波产生
Fig. 4. Broadband terahertz wave generation based on a nonlinear metallic metasurface
图 5. 非线性超构表面的波前调控。（a） 利用非线性几何相位实现不同阶次谐波的偏折；（b）利用非线性传播相位实现三次谐波的偏折和涡旋光产生；（c）利用金属超构表面实现的基频与不同手性二次谐波的全息图；（d）利用金属超构表面实现的正交偏振的全息图；（e） 利用硅基超构表面实现的三次谐波全息图；（f） 利用金属超构表面实现的二次谐波光学涡旋；（g）利用金属超构表面实现的二次谐波偏振调控
Fig. 5. Nonlinear metasurfaces for wavefront control. (a) Using nonlinear geometric phase to achieve deflection of different orders of harmonics; (b) Using nonlinear propagation phase to achieve deflection and vortex light generation of third-harmonic signal; (c) Holograms of the fundamental frequency and the different chirality-dependent second-harmonics based on a metallic metasurface; (d) Holograms of orthogonal polarization based on a metallic metasurface; (e) Third-harmonic holograms based on a silicon metasurface; (f) Optical vortices of second-harmonics based on a metallic metasurface; (g) Polarization manipulation of second-harmonics based on a metallic metasurface
图 6. 非线性超构表面的超快调控。 （a）硅基超构表面实现全光调控；（b） 金属超构表面实现全光调控；（c） ITO作为弛豫通道的金属超构表面；（d）金属与ITO复合的强耦合超构表面；（e）金属超构表面作为可饱和吸收体实现的激光调Q与锁模
Fig. 6. Nonlinear metasurfaces for ultrafast control. (a) All-optical control based on a silicon metasurface ; (b) All-optical control based on a metallic metasurface; (c) Metallic metasurface with the relaxation channel of ITO; (d) Strong-coupled metasurface combined with metal and ITO; (e) Laser Q-switching and mode-locking with metallic metasurface as a saturable absorber
赵云, 杨原牧. 非线性超构表面：谐波产生与超快调控[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20201037. Yun Zhao, Yuanmu Yang. Nonlinear metasurfaces: harmonic generation and ultrafast control[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(9): 20201037.
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