Generación de segundo armónico mejorada resonantemente utilizando metasuperficies dieléctricas de semiconductores III–V

Los fenómenos ópticos no lineales en materiales nanoestructurados han desafiado nuestras percepciones de los procesos ópticos no lineales que se han explorado desde la invención de los láseres. Por ejemplo, la capacidad de controlar el confinamiento, la mejora y la dispersión del campo óptico de manera casi independiente permite que las eficiencias de conversión de frecuencia no lineal se mejoren en muchos órdenes de magnitud en comparación con los materiales en bloque. Además, la escala de longitud sublongitudinal hace que los problemas de coincidencia de fase sean irrelevantes. En comparación con las nanoestructuras plasmónicas, los metamateriales de resonador dieléctrico muestran una gran promesa para los procesos ópticos no lineales mejorados debido a sus volúmenes de modo más grandes. Aquí, presentamos, por primera vez, la generación de segundo armónico (SHG) mejorada resonantemente utilizando metasuperficies dieléctricas a base de arseniuro de galio (GaAs). Usando arreglos de resonadores cilíndricos, observamos factores de mejora de SHG tan grandes como 10(4) en relación con el GaAs no estructurado. En la resonancia de dipolo magnético, medimos una eficiencia de conversión no lineal absoluta de ∼2 × 10(-5) con una intensidad de bombeo de ∼3.4 GW/cm(2). Las propiedades de polarización del SHG revelan que tanto las no linealidades del volumen como las de la superficie juegan papeles importantes en el proceso no lineal observado.