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非線性光學(xué)準(zhǔn)晶超構(gòu)表面

提出并制備了非線性光學(xué)準(zhǔn)晶超構(gòu)表面，并研究了超構(gòu)單元局域?qū)ΨQ性和排布方式的全局對稱性對超構(gòu)表面遠場非線性光輻射的共同影響。該非線性光學(xué)準(zhǔn)晶超構(gòu)表面運用了基于非線性光學(xué)貝里幾何相位的金屬等離激元結(jié)構(gòu)單元，依據(jù)經(jīng)典的彭羅斯準(zhǔn)周期拼接和具有六重對稱性的六角準(zhǔn)周期拼接形成了不同種類的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。彭羅斯結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)周期拼接具有五重對稱性，其衍射圖案則具有十重對稱性，這些都是晶體衍射定理所不允許的對稱性。而六角準(zhǔn)周期拼接是2017年提出的一種準(zhǔn)周期拼接，它具有晶體衍射定理所允許的六重對稱性，卻并不遵從短程有序的規(guī)律。這兩種拼接方式可以與某些特定的比例聯(lián)系起來，這些比例由不同階次的迭代規(guī)則決定：彭羅斯結(jié)構(gòu)對應(yīng)一階迭代過程，其比例是人們熟知的“黃金分割比”，而六角準(zhǔn)周期晶格對應(yīng)三階過程，其比例可稱為“黃銅分割比”。自六角準(zhǔn)周期晶格從理論上提出以來，本項工作中的非線性光學(xué)準(zhǔn)晶超構(gòu)表面是首個利用黃銅分割比實驗實現(xiàn)的人工光學(xué)結(jié)構(gòu)。? 非線性光學(xué)準(zhǔn)晶超構(gòu)表面中不同轉(zhuǎn)向的超構(gòu)單元對入射基頻光的響應(yīng)是均勻的，因此其線性光學(xué)衍射僅能反映超構(gòu)表面的全局對稱性，即晶格結(jié)構(gòu)決定其遠場光衍射。而在倍頻實驗中，即出射光的頻率是入射光的兩倍（如1200nm 變?yōu)?00nm）。由于打破了超構(gòu)單元的中心反演對稱性并引入了非線性光學(xué)幾何相位，其非線性光學(xué)衍射與晶格結(jié)構(gòu)的局域?qū)ΨQ性、全局對稱性同時相關(guān)。因此，可以通過調(diào)控超構(gòu)單元的指向分布，進而有效地調(diào)控倍頻光衍射中的零級。非線性光學(xué)準(zhǔn)晶超構(gòu)表面這一概念或?qū)樵O(shè)計超構(gòu)表面非線性光源、人工微納光學(xué)結(jié)構(gòu)材料提供新的思路。

南方科技大學(xué) 2021-04-13

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