[发明专利]用于光处理的超材料结构以及处理光的方法

说明书

背景技术

[0001]在光处理系统中，可以用非线性材料的晶体来改变光的频 率(因此也改变光的波长)，以产生期望频率的光。例如，可以将晶 体用作倍频器，以便使入射在该晶体上的光的频率加倍而波长减半。 该过程被称为二次谐波发生。在这样的晶体中，二次谐波转换效率在 较低的入射光强度情况下比较低，但是随着入射光强度增加，二次谐 波转换效率会有所增加。不过，这种二次谐波发生过程的效率通常都 比较低。

[0002]因此，期望提供能够产生高效率的高次谐波转换的光处理 系统以及方法。

发明内容

[0003]用于光处理的超材料(metamaterial)结构的示例性实施例 包括：光导；具有谐振频率ω_R的复合谐振电磁(EM)结构，将该复 合谐振电磁结构定位成与沿着光导传播的光相互作用，以便将该光的 频率ω上变频至ω_R，这会产生ω的二次和/或更高次谐波。

[0004]用于光处理的超材料结构的另一个示例性实施例包括：第 一光导；第二光导；第三光导；具有第一谐振频率ω_R1的第一复合谐 振电磁(EM)结构，将该第一复合谐振电磁结构定位成与沿着该第 一光导传播的光相互作用，以便将该光的频率ω₁上变频至ω_R1，这会 产生ω₁的二次和/或更高次谐波；具有第二谐振频率ω_R2的第二复合 谐振电磁结构，将该第二复合谐振电磁结构定位成与沿着该第二光导 传播的光相互作用，以便将该光的频率ω₂上变频至ω_R2，这会产生ω₂的二次和/或更高次谐波；以及具有第三谐振频率ω_R3的第三复合谐振 电磁结构，将该第三复合谐振电磁结构定位成与沿着该第三光导传播 的光相互作用，以便将该光的频率ω₃上变频至ω_R3，这会产生ω₃的 二次和/或更高次谐波。

[0005]采用超材料结构来处理光的方法的示例性实施例包括：沿 着延伸穿过具有第一谐振频率ω_R1的第一复合谐振电磁(EM)结构的 第一光导传播光，该第一复合谐振电磁结构与沿着该第一光导传播的 光相互作用，以便将该光的频率ω₁上变频至ω_R1，这会产生ω₁的二 次和/或更高次谐波。

附图说明

[0006]图1示出了包括超材料结构的光处理系统的示例性实施 例。

[0007]图2示出了超材料结构的另一个示例性实施例，其包括分 裂环谐振器。

[0008]图3示出了超材料结构的另一个示例性实施例，其包括印 制纳米谐振器。

[0009]图4示出了超材料结构的另一个示例性实施例，其包括周 期的孔布置。

[0010]图5描绘了包括金属-绝缘体-金属三层结构的超材料结构 的电磁响应。

[0011]图6是在图5中右侧处所示的超材料结构的一部分的放大 视图。

[0012]图7示出了光处理系统的另一个示例性实施例，其包括三 种超材料结构以及三个相关联的光源。

具体实施方式

[0013]图1示出了超材料结构100的示例性实施例。超材料100 包括沿着光导104布置的复合谐振电磁(EM)结构102。如所示，将 超材料结构100设置在还包括光源106的光处理系统内。将光源106 布置成把光发射进入到光导104中。取决于光源106的类型，该光可 以是单色的(例如，激光)，基本上仅含有单一的频率，或者该光可 以包含一个频率范围(例如，宽带光)。该光沿着光导104传播，并 且与复合谐振电磁结构102相互作用。在复合谐振电磁结构102的相 对端部处设置有可任选的谐振器108。可任选的外部包覆110围绕在 复合谐振电磁结构102的周围。