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

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层

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

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

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

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

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，材料牛整理编辑。

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