Polarization-Independent Enhancement of Third-Harmonic Generation Empowered by Doubly Degenerate Quasi-Bound States in the Continuum

简并能级 束缚态 极化(电化学) 物理 二次谐波产生 高次谐波产生 量子力学 原子物理学 分子物理学 凝聚态物理 化学 物理化学 激光器
作者
Tingting Liu,Meibao Qin,Jumin Qiu,X. Tu,H. Qiu,Feng Wu,Tianbao Yu,Qiegen Liu,Shuyuan Xiao
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c00146
摘要

Recent advancements in nonlinear nanophotonics are driven by the exploration of sharp resonances within high-index dielectric metasurfaces. In this work, we leverage doubly degenerate quasi-bound states in the continuum (quasi-BICs) to demonstrate the robust enhancement of third-harmonic generation (THG) in silicon metasurfaces. These quasi-BICs are governed by C4v symmetry and therefore can be equally excited with the pump light regardless of polarization. By tailoring the geometric parameters, we effectively control Q-factors and field confinement of quasi-BICs and thus regulate their resonantly enhanced THG process. A maximum THG conversion efficiency up to 1.03 × 10-5 is recorded under a pump intensity of 5.85 GW/cm2. Polarization-independent THG profiles are further confirmed by mapping their signals across the polarization directions. This work establishes foundational strategies for the ultracompact design of robust and high-efficiency photon upconversion systems.

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