WS2 超表面中通过激子-光子耦合实现非线性发射的动态控制
光学
2025-06-03 v1 应用物理
摘要
过渡金属硫族化物 (TMDCs) 已展现出作为用于光吸收和发射的多功能量子材料的巨大潜力。其独特性质主要由激子-光子相互作用决定，这可以通过与共振光子结构耦合得到显著增强。例如，当入射波同时与激子和光子共振时，二次谐波产生 (SHG) 等非线性光发射会得到双重增强。然而，入射波的激子吸收会显著抑制 SHG 发射。在此，我们提出并演示了一种可调谐的 SHG 增强，其利用了高折射率 WS2 新月形超原子阵列中连续区准束缚态 (qBIC) 光学共振与可调谐激子之间的虚耦合效应。这些新月形超原子激发纯磁型 qBIC 共振，从而能够对可见光谱中的非线性光学过程进行动态控制和增强。我们的研究结果表明，在激子能量一半处表现出 qBIC 共振的 WS2 新月形超原子阵列，与单层 WS2 (1L-WS2) 相比，SHG 效率提高了 98 倍以上，相对于未图案化的 WS2 薄膜提高了四个数量级。这种显著的 SHG 增强可作为入射光温度和偏振角的函数进行调谐，使我们能够在可见光谱 (600-650 nm) 中控制虚耦合和 SHG 效率。我们的工作为下一代可重构超光学器件开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2506.01255,
title = {Dynamic Control of Nonlinear Emission by Exciton-Photon Coupling in WS2 Metasurfaces},
author = {Mudassar Nauman and Domenico de Ceglia and Jingshi Yan and Lujun Huang and Mohsen Rahmani and Costantino De Angelis and Andrey E. Miroshnichenko and Yuerui Lu and Dragomir Neshev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.01255},
year = {2025}
}