Metasuperficies no perturbativas no lineales para una generación armónica terahertz eficiente

Las no linealidades en frecuencias terahertz (THz) se han reconocido como enfoques clave y prometedores para avanzar en el desarrollo de fuentes THz de alta frecuencia a través del proceso de generación armónica, que se encuentra en el núcleo de la tecnología THz. Sin embargo, los materiales THz no lineales de alto rendimiento que poseen una eficiencia de conversión extrema, integración en chip de alto volumen y operación a temperatura ambiente siguen pareciendo ausentes. Aquí, proponemos una metasuperficie no lineal para la generación armónica de tercer orden (THG) THz eficiente basada en la no linealidad no perturbativa del silicio dopado. Al integrar una rejilla de aluminio, el campo local significativamente mejorado impulsa la no linealidad intrínseca del silicio al régimen de no perturbación, donde se puede lograr una eficiencia de conversión de THz THG que se aproxima al máximo bajo una bomba moderada de fuentes de mesa a temperatura ambiente. Las mediciones demuestran que las respuestas no lineales de las metasuperficies son aproximadamente 1000 veces más fuertes que la película de silicio simple. Esta plataforma también nos permite obtener experimentalmente las susceptibilidades no lineales del silicio en regímenes de perturbación y no perturbación, que son cruciales para entender la esencia de las interacciones no lineales THz-materia, pero escasamente disponibles para la mayoría de los materiales en esta parte del espectro. Nuestros hallazgos pueden abrir una vía hacia fuentes THz y electrónica no lineal compatibles con CMOS, a temperatura ambiente y eficientes.