非線性光學技術是全光信號處理、生物醫學成像和量子信息等前沿領域的重要技術，受傳統材料非線性光學效應弱、依賴強激光源和長相互作用距離等問題限制，難以滿足集成化、低功耗納米光子器件的發展需求。介電常數近零（ENZ）材料具有超快、超強的非線性光學效應，有望解決這一難題。基于準連續域束縛態（Q-BIC）的微納結構通過高品質因子共振顯著增強光與物質的相互作用，為調控非線性光學效應開辟了新途徑。然而，Q-BIC體系存在的窄帶寬特性及其對結構參數的極端敏感性，嚴重制約其實際應用。如何在微納尺度下突破高品質因子與工作帶寬之間的制約關系，實現高性能光子器件的設計與制備，已成為當前光子集成領域亟待解決的關鍵問題。
針對上述問題，中國科學院西安光學精密機械研究所研究團隊首次提出了準導模（Q-GM）與ENZ模式強耦合的非局域超表面結構設計，通過引入周期擾動實現第一布里淵區折疊，構建出角度可調的高品質因子Q-GM，突破傳統 Q-BIC的波矢和波長限制。
該耦合機制具有如下優勢：Q-GM與ENZ模式之間的強場重疊效應產生了260meV的能級反交叉分裂，顯著增強非線性光學效應；正入射條件下，超表面的非線性折射率系數達到In2I=3.8×10-13m2/W，比ENZ薄膜的非線性系數提升了3個數量級，有效降低片上非線性光子器件功耗；得益于Q-GM在寬波矢的高品質因子，實驗測量超表面非線性系數隨入射角的增加具有魯棒性，實現了寬帶可調的強非線性光學效應。研究成果為開發具有大角度、多波長調控的非線性光子器件提供了新的技術路線，在集成光子學、全光信號處理及生物傳感成像等領域展現出應用潛力。
近日，相關研究成果以Enhanced the Tunable Nonlinearity of Epsilon-Near-Zero Nonlocal Metasurface by Quasi-Guided Mode為題，發表在《激光與光子學評論》（Laser & Photonics Reviews）上。
論文鏈接
（a）三維結構（b）測量與仿真的線性透射譜。
（a）無ENZ薄膜的能帶折疊（b）共振透射峰與結構參數的關系。
正入射時測量與仿真的（a）非線性折射率系數（b）非線性吸收系數。
斜入射的線性光學特性（a）不同入射角度下實驗與仿真的線性透射譜；（b）電場分布以及共振透射峰與入射角度的關系。
本文鏈接：超表面非線性光子學研究取得進展http://www.sq15.cn/show-12-1078-0.html
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