材料非线性光学响应对其线性 $\epsilon$ 与 $\mu$ 的依赖性

我们从理论和数值上研究了材料的非线性光学响应对其线性相对电容率 $\epsilon$ 和磁导率 $\mu$ 的依赖性。低阶谐波产生过程的转换效率，以及克尔效应非线性相移和双光子吸收(TPA)引起的非线性损耗的增长率，均随 $\epsilon$ 减小和/或 $\mu$ 增大而增加。我们还讨论了这一非线性响应背后的原理与物理洞见，特别是在 $\epsilon$ 近零(ENZ)介质中的增强。该行为与在简并半导体（如氧化铟锡 [Alam et al., Science 352 (795), 2016]，其非线性归因于激光诱导电子加热引起的导带电子能量分布改变）和铝掺杂氧化锌 [Caspani et al., Phys. Rev. Lett. 116 (233901), 2016] 于线性电容率实部消失的频率处观测到的极高有效非线性折射率的实验现象一致。如此强的非线性响应可为非线性光学的新范式铺平道路，从而实现更高的转换效率，并为下一代集成纳米光子学带来更好的微型化能力与功率需求。