近红外可调辐射方向的非线性光学天线

程 林,张 磊

(西安交通大学电子学院，电子物理与器件教育部重点实验室，陕西省信息光子技术重点实验室，西安 710049)

0 引 言

光学天线可在纳米尺度上操纵和控制光场的辐射特性[1]。通过设计几何结构，光学天线可支持多种电磁多极子[2]，从而增强光与物质的相互作用效率，控制光的远场传输行为，例如，与Kerker效应有关的方向性辐射[3]、超散射[4]、超吸收[5]和光学隐身[6]等[7]。相较而言，动态可调的纳米光学天线可以实现更丰富灵活的光场调控行为。这种动态调制的光学响应对光学的基础研究和实际应用都具有重要意义，因此引起了人们的极大兴趣。实现光场的动态调控可采用两种途径，即按需改变天线的介电环境或者天线材料自身的光学响应，如引入石墨烯[8]、液晶[9]、相变材料[10]等。近期研究表明，零介电常数材料的Kerr效应强于普通材料若干数量级，引起的折射率变化甚至可接近于线性折射率[11]。通过改变入射光场的强度，可以产生可观的折射率变化，进而影响结构的光学响应，如，使用氧化铟锡(ITO)和铝掺杂的氧化锌(Al∶ZnO)等作为零介电常数材料，可以实现时变负折射、可调超表面、光学开关和相干完美吸收体[12-14]。

本工作基于ITO在近红外波段的强Kerr效应，通过控制入射光强，改变结构的折射率，从而控制纳米天线中的不同局域电磁模式的贡献，改变其散射、吸收截面及辐射方向。进一步，研究了由ITO和介电材料硅(Si)组成的杂化天线的光学响应，通过控制入射光强，实现了不同波长处纳米天线的前向和背向散射的灵活调控。……