Nano Lett.:AlGaAs中矢量波束的非线性产生


【引语】

随着人们对纳米级光源日益旺盛的需求,科学界也加大了对纳米天线的研究,该种纳米天线可以与入射光发生强烈的相互作用,并且可以改变其频率,辐射和极化模式,使其具有广阔的应用前景。

【成果简介】

澳大利亚国立大学的Rocio Camacho-Morales、Mohsen Rahmani和Dragomir N. Neshev(通讯作者)利用AlGaAs纳米天线可以高效的产生二次谐波,进而可以控制非线性发射的方向性和极化。通过特殊的III-V半导体微加工技术,将高质量的AlGaAs纳米微结构嵌入低折射率的光学透明材料中,该种结构可以同时产生正向和反向的非线性发射。

【图文导读】

图1 : AlGaAs纳米谐振器在透明介质中的制造过程

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图a : 通过电子束曝光和刻蚀在GaAs衬底上形成AlGaAs纳米圆盘,SiO2作为遮挡层,AlAs作为中间层

图b: 用Cl2气体处理衬底表面,增加表面粘附性,用氢氟酸去除中间层AlAs和SiO2

图c : 将BCB均匀旋涂在器件表面,然后加热固化使得BCB层与玻璃衬底紧密结合

图d : 将嵌入BCB层中的AlGaAs纳米谐振器和衬底剥离

图e : 样品的顶视图

图f: 剥离BCB层以后GaAs晶圆片侧视图

图2 : AlGaAs谐振纳米天线的线性光谱

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图a : 纳米圆盘天线线性光谱的测量方法

图b和c : 分别展示了单个纳米圆盘的消光光谱的实验结果和仿真结果,不同的结果对应着不同直径的纳米圆盘

图d : 图中展示了在1556nm的泵浦光照射下不同直径的纳米圆盘的线性消光以及多极分解,实线表示理论计算,点表示实验测量,彩色先标记的表示多极贡献

图3 : 单个纳米天线的非线性光谱

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图a : 单个纳米天线的实验测量方法

图b: 在1556 nm的泵浦光照射下的,实验测得单个纳米圆盘在不同直径下的SHG效率(PSH / PFW)。蓝色表示前向辐射;红色表示向后辐射;绿色表示向前和向后的总和

图c : 后向和前项的SH比值是圆盘直径的函数

图4: 远场SH辐射 的3D图形仿真和计算

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图a : 远场SH辐射 的3D图形仿真

图b: 图形的前视图,圆锥表示实验角度的范围

图c和d : SH辐射图像的顶视图和俯视图,内圆表示实验可达到的角度范围

图5 : SH信号的方向性和极化图

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图中第一行展示了前向(a,b)和后向(c,d)的方向图,(a,c)表示实验测量结果,(c,d)表示理论计算结果

第二行:对第一排中图形的极化倾角和椭圆率的实验结果(a,c)和理论计算(b,d),入射波束沿着垂直方向是线性极化的

【小结】

实验结果表明AlGaAs纳米天线可以高效的产生和发射二次谐波,同时还可以产生径向极化的复合矢量波束。该种纳米天线可以作为纳米级别的非线性功能器件,实验的结果也打开了非线性成像的新途径,为其在生物成像等领域的应用奠定了基础。

文献链接:Nonlinear Generation of Vector Beams From AlGaAs Nanoantennas(Nano Lett.,2016,DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03525)

本文由材料人电子电工学术组徐瑞供稿,欧洲足球赛事 整理编辑。

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