纳米谐振子中高-$Q$ 准BIC态的多极二次谐波产生
光学
2021-08-31 v1
摘要
多模干涉与多极相互作用主导着光学纳米谐振器和非线性纳米天线功能。近来，在单个亚波长介电粒子中激发高品质超腔模(准BIC态)被预测可在纳米尺度增强非线性频率转换。在此，我们提出多极模型以捕捉纳米谐振子中此类高- 模驱动的线性和非线性响应背后的物理。我们表明，AlGaAs 纳米盘中准BIC态的形成可通过耦合泄漏模的多极变换理解。特别地，杂化轴向对称 TE 极化模可视为多极的叠加，其母多极基主要由磁偶极子和八极子构成。在参数空间中，偶极损耗被完全抑制处出现准BIC点。通过该态多极起源对应的方位角偏振光束照明实现了高效光学耦合。我们建立了标准非厄米耦合模理论与多极模型之间的一一对应，从而能透明地解释散射特性。利用我们的方法，我们推导了 AlGaAs 纳米盘产生的二次谐波辐射的多极组成，并用全波数值模拟进行了验证。在考虑泵浦耗尽的非线性耦合模型中计入了二次谐波辐射对基频的反作用。提出了一种混合金属-介电纳米天线，将转换效率提升至数十个百分点并实现非线性参量下转换。我们的发现为非线性纳米光子学应用的功能元件设计勾勒了深入的概念框架与新颖且有前景的策略。
引用
@article{arxiv.2001.04318,
title = {Multipolar second-harmonic generation from high-$Q$ quasi-BIC states in nanoresonators},
author = {Irina I. Volkovskaya and Lei Xu and Lujun Huang and Alexander I. Smirnov and Andrey Miroshnichenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.04318},
year = {2021}
}