平面非线性超表面光学及其应用( Planar nonlinear metasurface optics and their applications )

Tianye Huang Xiang Zhao Shuwen Zeng Aurelian Crunteanu Nanfang yu

元表面是由亚波长“元原子”（即金属或介电纳米结构）组成的人工二维(2D)平面表面。与传统光学设备相比，它们具有更好和更有效的光控制能力。变界面可以引起电磁性质的突变和急剧变化，而不是传统的需要更多传播距离的渐变堆积。基于这一特点，平面光学元件如反射镜、透镜、波片、隔离器，甚至超薄厚度的全息图已经被开发出来。目前的元表面研究主要集中在为隐身、平面透镜成像和三维全息等应用裁剪线性光学效果。近年来，利用元表面来增强非线性光学效应引起了研究界的广泛关注。利用这一高效的非线性光学过程，制备具有宽带频率转换和超快光开关等特殊功能的集成全光纳米器件将成为可能。等离子体激发是提高非线性光学响应的最有效的方法之一，它能诱导强的局域电磁场增强。例如，通过自旋-旋转光耦合，已经证明了对等离子体元表面的有效非线性极化率的连续相位控制。在二次谐波和三次谐波产生(THG)过程中，通过改变“元原子”的空间取向，可以实现非线性极化相位的连续调谐，同时非线性元表面也表现出均匀的线性性质。与贵金属相比，原子薄的二维纳米材料被认为是发展超快非线性等离子体元表面的一个更有前途的候选材料。在这篇综述中，我们首先重点介绍了基于元表面和二维纳米材料的扁平化非线性等离子体子的主要原理。接下来将讨论将石墨烯引入非线性元表面的优势和挑战，以及它们的潜在应用。

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