漂移偏置非互易石墨烯等离激元中的增强非线性光学效应
光学
2023-10-19 v1
摘要
非线性光与物质相互作用通常通过增强局域场及其与物质的相互作用时间来得到强化。实现这些目标的传统方法基于共振或慢光效应。然而，这些方法存在诸多问题，包括工作带宽窄、占用面积大以及材料吸收。非互易系统提供了一种有趣的替代途径来增强局域场：通过在端接的非互易波导结构中阻断单向波的路径，宽带电磁场可被大幅增强并局域在端接处附近。该方法此前仅在三维旋磁材料平台上被研究，而对外加磁铁和 bulky 材料的需求使其实用性较低。此处，我们转而采用无磁机制在二维等离激元材料（如石墨烯）中打破互易性。具体而言，我们在电压偏置的石墨烯片上利用高速漂移电子来解除表面等离极化激元色散的前向/后向简并，产生平行于和逆平行于电流且具有不同传播特性的模式。我们展示了在适当端接的石墨烯超表面边缘处生成可控、非对称且强烈的场热点。随后我们从理论上证明，此类非对称场热点为增强三阶非线性光学效应提供了有效解决方案。作为一个示例，我们预测在使用现实的漂移速度值时，在等离激元共振频率附近可实现高达 0.3% 的高三次谐波转换效率。
引用
@article{arxiv.2310.11674,
title = {Enhanced nonlinear optical effects in drift-biased nonreciprocal graphene plasmonics},
author = {S. Ali Hassani Gangaraj and Boyuan Jin and Christos Argyropoulos and Francesco Monticone},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.11674},
year = {2023}
}