基于介电常数近零模式与间隙表面等离激元强耦合的增强非线性光学效应*

郭绮琪 陈溢杭

(华南师范大学物理与电信工程学院,广东省量子调控工程与材料重点实验室,广州 510006)

非线性光学效应在光通信、光探测、量子信息等领域发挥着举足轻重的作用,然而天然材料的光学非线性响应通常很弱.本文利用氧化铟锡(ITO)薄膜激发的介电常数近零模式,与金属-介质-金属结构激发的间隙表面等离激元发生强耦合,在近红外波段实现宽带(约1000 nm)的增强非线性光学效应,其非线性折射率n 2的最大值可达3.02 cm2/GW,与之前报道的单层ITO 薄膜的非线性折射率相比,增大了接近3 个数量级.因此,可在低功率光照下得到显著的折射率变化,可望应用于全光存储、全光开关等纳米光子器件的设计.

1 引 言

非线性光学现象具有广泛的应用前景,包括全光信息处理与存储、量子信息技术等.然而,大多数材料在低功率光照下,通常表现出极弱的非线性光学响应.因此,非线性光学领域发展与应用的关键是寻找具有强非线性响应的材料,这些材料制备的光学器件的光学性质在低功率光场照射下也可产生显著的变化.以往的研究已提出了各种结构和机制以通过光场局域实现非线性光学响应的增强,包括复合结构[1−3]产生的局部场增强、等离激元结构[4−5]和超材料[6−8]等.然而,这些技术对非线性响应的幅度(和符号)仅能产生有限的调控,而且在大多情况下还需要在非线性强度和非线性响应峰值的光谱位置之间进行权衡,比如说贵金属结……