Nonlinear Fano-Resonant Dielectric Metasurfaces

谐振器 诺共振 调制(音乐) 等离子体子 光电子学 激光阈值 材料科学 光学 电介质 二次谐波产生 透射率 非线性光学 物理 激光器 波长 声学
作者
Yuanmu Yang,Wenyi Wang,Abdelaziz Boulesbaa,Ivan I. Kravchenko,Dayrl P. Briggs,Alexander A. Puretzky,David B. Geohegan,Jason Valentine
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:15 (11): 7388-7393 被引量:477
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5b02802
摘要

Strong nonlinear light-matter interaction is highly sought-after for a variety of applications including lasing and all-optical light modulation. Recently, resonant plasmonic structures have been considered promising candidates for enhancing nonlinear optical processes due to their ability to greatly enhance the optical near-field; however, their small mode volumes prevent the inherently large nonlinear susceptibility of the metal from being efficiently exploited. Here, we present an alternative approach that utilizes a Fano-resonant silicon metasurface. The metasurface results in strong near-field enhancement within the volume of the silicon resonator while minimizing two photon absorption. We measure a third harmonic generation enhancement factor of 1.5 × 10(5) with respect to an unpatterned silicon film and an absolute conversion efficiency of 1.2 × 10(-6) with a peak pump intensity of 3.2 GW cm(-2). The enhanced nonlinearity, combined with a sharp linear transmittance spectrum, results in transmission modulation with a modulation depth of 36%. The modulation mechanism is studied by pump-probe experiments.
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