Abstrakt

Erhöhte Wellenlängenkonvertierung

Grigard R

Metaoberflächen sind zweidimensionale (2D) planare künstliche Oberflächen mit „Metaatomen“ unterhalb der Wellenlänge (d. h. metallische oder dielektrische Nanostrukturen). Im Vergleich zu ihren herkömmlichen optischen Äquivalenten zeichnen sie sich durch ihre Fähigkeit aus, eine bessere und effizientere Lichtsteuerung zu erreichen. Metaoberflächen verursachen häufig abrupte und plötzliche Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften anstelle der herkömmlichen allmählichen Ansammlung, die längere Ausbreitungsdistanzen erfordert. Planare optische Komponenten wie Spiegel, Linsen, Wellenplatten, Isolatoren und sogar Hologramme mit ultrakleinen Dicken wurden aufgrund dieser Eigenschaft entwickelt. Der Großteil der aktuellen Metaoberflächenforschung konzentriert sich auf die Anpassung linearer optischer Effekte für Anwendungen wie Tarnung, Linsenabbildung und 3D-Holografie. Die Verwendung von Metaoberflächen zur Verstärkung nichtlinearer optischer Effekte hat in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit von der wissenschaftlichen Gemeinschaft erhalten. Die Schaffung integrierter rein optischer Nanogeräte mit einzigartigen Funktionen wie Breitband-Frequenzkonversionen und ultraschnellem optischem Schalten wäre dank der daraus resultierenden effektiven nichtlinearen optischen Prozesse möglich. Plasmonische Anregung ist dank der induzierten starken lokalen Verstärkung des elektromagnetischen Felds einer der effektivsten Ansätze zur Erweiterung nichtlinearer optischer Reaktionen [1]. So wurde beispielsweise eine kontinuierliche Phasenkontrolle der effektiven nichtlinearen Polarisierbarkeit plasmonischer Metaoberflächen durch Spin-Rotation-Lichtkopplung nachgewiesen. Die Phase der nichtlinearen Polarisation wird häufig kontinuierlich abgestimmt, indem die Orientierung der Metaatome während der Erzeugungsprozesse der zweiten und dritten Harmonischen räumlich geändert wird, während die nichtlinearen Metaoberflächen auch homogene lineare Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus führte die Verbindung der plasmonischen Modi gemusterter metallischer Anordnungen mit dem Inter-Subband-Übergang eines mehrschichtigen Substrats mit Quantentöpfen zu einer ultrahohen nichtlinearen Suszeptibilität zweiter Ordnung von bis zu 104 pm V-1. 2D-Materialien wie Graphen und Übergangsmetalldichalkogenide (TMDCs) werden aufgrund ihrer einzigartigen nichtlinearen optischen Eigenschaften umfassend untersucht, um ultraplanare nichtlineare plasmonische Metaoberflächen zu erzeugen. Graphen hat einen nichtlinearen Koeffizienten fünfter Ordnung, der fünfmal so hoch ist wie der von Gold, während TMDC-Materialien eine starke magnetische Suszeptibilität zweiter Ordnung aufweisen.