由等离激元腔中粒子纳米天线实现的强增强且方向可调二次谐波辐射

二次谐波（SH）产生对于非线性传感、显微术和通信系统极为重要。当前设计的一大挑战是在增强SH信号的同时以高方向性调控其辐射方向。与由体偶极模式主导的线性等离激元散射不同，在倍频处复杂的表面诱导多极源对控制金属纳米结构的SH辐射设定了根本限制。本工作中，我们利用等离激元杂化机制以及支配SH辐射的特殊选择定则，通过金属腔中粒子纳米天线（PIC-NA）实现了高强度且方向可调的发射。该纳米天线采用考虑泵浦波耗尽的首原理自洽边界元方法建模。巨大的SH增强源于小粒子与大腔之间的杂化间隙等离激元共振，该腔起到会聚器和反射器的作用。PIC-NA的中心对称破缺不仅修改了间隙等离激元模式从而提升SH信号，还将SH波重定向为单向发射。与现有文献相比，PIC-NA具有显著更大的SH转换效率。通过调节粒子位置，辐射方向图的主瓣可在宽角度范围内转向。