[发明专利]一种倍频光场调制方法及调制装置

说明书

本发明公开了一种倍频光场调制方法及调制装置，方法包括：根据实际所需倍频光场，确定由纳米孔阵列和二维材料薄膜层叠构成的复合超表面中纳米孔阵列的排布方式以及入射基频激光；制备复合超表面，并向纳米孔阵列的表面入射基频激光，基频激光经纳米孔阵列的调制，得到由不同相位延迟光组成的光场，二维材料薄膜在该光场的激发下发射出倍频光场，该倍频光场即为所述所需倍频光场，实现倍频光场的调制。本发明采用由纳米孔阵列和二维材料薄膜层叠构成的复合超表面，结构简单、制备方便；根据实际所需的倍频光场，确定纳米孔阵列的排布方式和纳米孔阵列的入射激光类型，在实现较高的倍频转换效率的同时，调控灵活且自由度高，以实现不同功能需要。

技术领域

本发明属于纳米光子学领域，更具体地，涉及一种倍频光场调制方法及调制装置。

背景技术

二次谐波产生(SHG)是最基本的非线性过程之一，其产生的光波长是入射激光的一半。通过超材料和超表面产生二次谐波，在纳米成像和晶体检测等领域具有广阔的应用前景，其中，控制非线性信号的波前产生是实现集成的、超薄的、高效的非线性光学器件的关键。

目前，在等离子体超表面或超材料的非线性相位控制中，大部分器件都集中在利用非中心对称的金属单元。然而，这种方法的主要缺点是很弱的二次谐波(即倍频光场)转换效率。虽然在适当的条件下，SHG可以按数量级增加到～pm/V，但是要产生可观的二次谐波，其所需的入射光强可能会损坏试样。另外，一些贵金属-半导体和金属-介电混合纳米结构被精心设计用于增强SHG，该方法可以实现2～3个数量级的增强。然而，由于结构体积大、制造要求高，使得设计超薄、紧凑的多功能非线性光学器件十分困难。

由于纳米结构单元的非中心对称是SHG所必需的，这增大了纳米结构单元的体积，并使得纳米结构单元的设计较为复杂。因此，采用现有非线性光学器件进行倍频调制是极其困难的，设计一种超薄、紧凑且倍频光场调制性能好的多功能非线性光学器件，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种倍频光场调制方法及调制装置，用以解决现有非线性光学器件因结构复杂、转换效率低导致倍频光场调制困难的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种倍频光场调制方法，包括：

步骤1、根据实际所需倍频光场，确定由纳米孔阵列和二维材料薄膜层叠构成的复合超表面中所述纳米孔阵列的排布方式以及入射基频激光；

步骤2、制备复合超表面，并向所述纳米孔阵列的表面入射所述基频激光，所述基频激光经所述纳米孔阵列的调制，得到由不同相位延迟光组成的光场，所述二维材料薄膜在该光场的激发下发射出倍频光场，该倍频光场即为所述所需倍频光场，实现倍频光场的调制。

本发明的有益效果是：本发明在将激光垂直入射至金属纳米孔阵列后，被调制过的光作用在二维材料上，二维材料产生倍频的光场。而由于金属纳米孔结构的性质，光场被局域增强，从而导致倍频效率大幅的提升。其次，光场通过纳米孔后，根据纳米孔方向的不同，光场的圆偏分量被附加上了不同的相位信息，其中，相位延迟的分布，根据所需功能(所需倍频光场)的不同进行设定。带有相位信息的光场通过二维材料薄膜后，其相位信息会传递给二维材料薄膜产生的倍频光场，因而，通过纳米孔的调控从而实现对非线性光场的调控。本发明采用由纳米孔阵列和二维材料薄膜层叠构成的复合超表面，结构简单、制备方便。另外，根据实际所需的倍频光场，确定纳米孔阵列的排布方式和纳米孔阵列的入射激光类型，使得倍频光场的调控灵活。因此，本方法在实现较高的倍频转换效率的同时，可根据实际所需进行调控，调控灵活且自由度高，可以实现多种不同的功能需要。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述纳米孔阵列的材料为贵金属或介电材料；所述单层二维材料薄膜的材料为过渡金属硫化物和/或类过渡金属硫化物。