非线性光学超表面实现电可调的第三谐波产生

最近的一项研究揭示了一种变革性的非线性光学超表面技术。这项新技术的特点是结构小于光的波长，为下一代通信技术(包括量子光源和医疗诊断设备)的重大进步铺平了道路。

研究人员首次利用子带间极化子超表面与多个量子阱 (MQW) 相结合，实现了电可调第三谐波产生 (THG) 的实验。该研究成果发表在《光：科学与应用》杂志上，由 UNIST 电气工程系的 Jongwon Lee 教授领导。

值得注意的是，他们实现了 THG 信号 450% 的调制深度和 86% 的零级 THG 衍射抑制，局部相位调谐超过 180 度。此外，他们还展示了利用相位梯度进行 THG 光束控制，为具有多功能的电动可调平面非线性光学元件提出了一条新途径。

非线性光学研究光与物质之间的相互作用，可以从单个光源产生多个波长，与传统的单波长激光相比，信息传输能力显著增强。非线性光学技术的一个广为人知的例子是绿色激光笔。

李教授团队发明的创新型非线性光学超表面可用于开发紧凑轻便的光学仪器，其激光装置可能薄如纸张，甚至可使用比人的头发还要细的材料。之前的方法难以实现电气控制，而这种新型超表面可以轻松调节，从而成为该领域的一大突破。

值得一提的是，该团队在国际上率先推出了电压控制二次谐波产生(SHG)的技术，实现了对THG强度和相位的独立调制，使得超表面不仅能控制光的波长，还能控制光的强度和相位。

李教授表示：“这一进步使人们能够前所未有地控制光线。通过电子方式调整非线性三次谐波的强度和相位，我们为密码学、动态全息术、下一代量子传感器和量子通信光源的光调制应用开辟了新途径。”

研究员 Seongjin Park 表示：“我们的光学超表面的特性由半导体层和金属结构决定。我们通过调整光的相位、振幅和频率，克服了以前的限制。”