Nano Lett.：AlGaAs中矢量波束的非線性產生

【引語】

隨著人們對納米級光源日益旺盛的需求，科學界也加大了對納米天線的研究，該種納米天線可以與入射光發生強烈的相互作用，并且可以改變其頻率，輻射和極化模式，使其具有廣闊的應用前景。

【成果簡介】

澳大利亞國立大學的Rocio Camacho-Morales、Mohsen Rahmani和Dragomir N. Neshev（通訊作者）利用AlGaAs納米天線可以高效的產生二次諧波，進而可以控制非線性發射的方向性和極化。通過特殊的III-V半導體微加工技術，將高質量的AlGaAs納米微結構嵌入低折射率的光學透明材料中，該種結構可以同時產生正向和反向的非線性發射。

【圖文導讀】

圖1 : AlGaAs納米諧振器在透明介質中的制造過程

圖a : 通過電子束曝光和刻蝕在GaAs襯底上形成AlGaAs納米圓盤，SiO₂作為遮擋層，AlAs作為中間層

圖b: 用Cl₂氣體處理襯底表面，增加表面粘附性，用氫氟酸去除中間層AlAs和SiO₂層

圖c : 將BCB均勻旋涂在器件表面，然后加熱固化使得BCB層與玻璃襯底緊密結合

圖d : 將嵌入BCB層中的AlGaAs納米諧振器和襯底剝離

圖e : 樣品的頂視圖

圖f: 剝離BCB層以后GaAs晶圓片側視圖

圖2 : AlGaAs諧振納米天線的線性光譜

圖a : 納米圓盤天線線性光譜的測量方法

圖b和c : 分別展示了單個納米圓盤的消光光譜的實驗結果和仿真結果，不同的結果對應著不同直徑的納米圓盤

圖d : 圖中展示了在1556nm的泵浦光照射下不同直徑的納米圓盤的線性消光以及多極分解，實線表示理論計算，點表示實驗測量，彩色先標記的表示多極貢獻

圖3 : 單個納米天線的非線性光譜

圖a : 單個納米天線的實驗測量方法

圖b: 在1556 nm的泵浦光照射下的，實驗測得單個納米圓盤在不同直徑下的SHG效率（PSH / PFW）。藍色表示前向輻射；紅色表示向后輻射；綠色表示向前和向后的總和

圖c : 后向和前項的SH比值是圓盤直徑的函數

圖4: 遠場SH輻射 的3D圖形仿真和計算

圖a : 遠場SH輻射 的3D圖形仿真

圖b:? 圖形的前視圖，圓錐表示實驗角度的范圍

圖c和d : SH輻射圖像的頂視圖和俯視圖，內圓表示實驗可達到的角度范圍

圖5 : SH信號的方向性和極化圖

圖中第一行展示了前向（a,b）和后向(c,d)的方向圖,(a,c)表示實驗測量結果，（c,d）表示理論計算結果

第二行：對第一排中圖形的極化傾角和橢圓率的實驗結果（a,c）和理論計算（b,d），入射波束沿著垂直方向是線性極化的

【小結】

實驗結果表明AlGaAs納米天線可以高效的產生和發射二次諧波，同時還可以產生徑向極化的復合矢量波束。該種納米天線可以作為納米級別的非線性功能器件，實驗的結果也打開了非線性成像的新途徑，為其在生物成像等領域的應用奠定了基礎。

文獻鏈接: Nonlinear Generation of Vector Beams From AlGaAs Nanoantennas (Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03525)

本文由材料人電子電工學術組徐瑞供稿，材料牛整理編輯。

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