中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)成立于1964年5月,是我国建立最早、规模最大的激光科学技术专业研究所。发展至今,已形成以探索现代光学重大基础及应用基础前沿、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。研究...
中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)是我国建立最早、规模最大的激光专业研究所,成立于1964年,现已发展成为以探索现代光学重大基础及应用基础前沿研究、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。重...
上海光机所国际合作工作始终围绕上海光机所的主责主业,以服务重大任务和国家需求为牵引,强化目标导向,注重内外集成协同,加强重大国际合作任务的谋划。坚持“战略布局,需求牵引,技术引领,合作共赢”的原则,基于科技部授予的国家国际科技合作基地及本单位学科技术优势,围绕“一带一路”国家倡议,深化拓展与发达国家实质性合作,夯实海外机构建设,积极培育和发起国际大科学计划,加强国际组织任职推荐,组织相关国际会议等,汇聚各类国际人才,建立以“平台-人才-项目-组织”合作模式,融入全球创新合作网络,助力上海光机所成为国际一流科研机构。上海光机所国际合作一直得到所领导的高度重视,历届所长亲自主管国际合作。1972年,上海光机所接待诺贝尔奖的美籍华裔科学家杨振宁,标志着我所第一次对外开放。2007年,被科技部首批授予“科技部国际科技合作基地”。2016年,科技部首次对全国2006-2008年间认定的113家国际合作基地进行了评估,上海光机所获评“优秀”。2021年,科技部首次对全国719家国际合作基地进行了评估,上海光机所持续获评“ 优秀”。王岐山副主席到上海光机所视察时,对上海光机所近几年取得的系列科技成果,以及重大国际合作项目“中以高功...
作为我国建立最早、规模最大的激光科学技术专业研究所,和首批上海市科普教育基地之一,中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)在致力于科技创新的同时,十分重视科普工作。多年来,上海光机所借助科研院所强大的科普资源优势,围绕光学与激光科学技术,积极开展公众开放日、科普讲座、科技课堂、科普作品创...
超强激光科学卓越创新简报
(第五百六十五期)
2024年10月21日
上海光机所在基于强太赫兹与超表面的硅基非线性光学研究上取得进展
近期,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在硅基非线性光学研究方面取得了进展。研究团队提出了一种复合超表面与强太赫兹(THz)场结合的新方法,以打破硅的中心对称性并增强二次谐波的产生(SHG, second harmonic generation)和三次谐波的产生(THG, third harmonic generation)。相关成果以“Second harmonic generation and third harmonic enhancement in silicon by composite metasurface and intense terahertz”为题发表在Optics Express上。
硅的光学非线性特性对硅光子学的发展至关重要,而中心对称的晶体结构使得硅缺乏二阶非线性效应。这一缺陷能够通过施加应变、瞬态强电场等方式克服。其中,团队前期在物态调控方面的研究表明,基于强场太赫兹的调控方式具有超快、无损的优点。然而,太赫兹高场强的要求以及非线性转换效率的低下限制了该方法的实际应用。
针对上述问题,研究团队设计了如图1所示的一种复合超表面结构,该结构由镂空蝶形金属超表面和图案化的非晶硅超表面组成。镂空蝶形金属超表面能够显著增强太赫兹场,非晶硅的结构参数则选定为能够形成超法诺共振。当同时施加强太赫兹与基频光时,太赫兹被进一步增强并打破了硅材料的中心对称性,从而允许二次谐波的生成。同时,非晶硅中基频光的强共振进一步提升了SHG和THG的转换效率。数值模拟结果显示,当入射强度为1.20 GW/cm²的基频光和10 kV/cm的y极化太赫兹波时,SHG和THG的转换效率分别为3.93×10-7和7.18×10-7。与未图案化的硅相比,THG的转换效率提高了约700倍。由于镂空蝶形金属超表面对太赫兹的场增强效应,SHG的转换效率提高了1.47×104倍。图2(a)为SHG(红色实线)和THG(蓝色虚线)转换效率随基频光强度E0的变化曲线。图2(b)为二次谐波功率(蓝色实线)和效率(红色虚线)随入射太赫兹电场Ei-THz的变化曲线。该工作为构建微型化、多功能和低功耗的非线性器件提供了新的思路。
相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学杰出青年基金及基础研究特区计划等项目的支持。
图1. 复合超表面示意图:(a)俯视图;(b)局部放大图;(c)侧视图。(d)复合超表面增强硅SHG和THG示意图。
图2. (a)SHG(红色实线)和THG(蓝色虚线)转换效率随基频光强度E0的变化曲线。(b)二次谐波功率(蓝色实线)和效率(红色虚线)随入射太赫兹电场Ei-THz的变化曲线
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