Highly efficient second harmonic generation of thin film lithium niobate nanograting near bound states in the continuum
Highly efficient second harmonic generation of thin film lithium niobate nanograting near bound states in the continuum
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连续体近束缚态薄膜铌酸锂纳米光栅的高效二次谐波产生
DOI：
10.1088/1361-6528/abfe23
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发表时间：
2020-06
期刊：
影响因子：
3.5
通讯作者：
Huihui Lu
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhijin Huang;Mengjia Wang;Yang Li;Jumei Shang;Ke Li;Wentao Qiu;Jiangli Dong;Heyuan Guan;Zhe Chen;Huihui Lu
连续介质中的束缚态（BIC）是普遍存在的物理现象，这种状态是由于侧损耗系统中漏模之间的强耦合而产生的。在元光学和纳米光子学中的BIC使得光学模式限制能够加强非线性光学中的局部场增强。在这项研究中，我们数值研究了二次谐波产生（SHG）在BIC附近的光子结构，包括一维纳米光栅和平板波导锂铌酸盐（铌酸锂，LN）。通过打破LN纳米光栅的对称性，BIC过渡到准BIC，这使得LN平板波导内部的强局部场限制得到支持，从而导致以较低的基频（FW）泵浦功率改善SHG转换。在FW处的峰值强度为1.33 GW cm−2，我们的结构在准BIC处的二次谐波转换效率高达8.13 × 10−5。我们相信，我们的研究结果将有助于LN在集成非线性纳米光子学中的应用。
Bound states in the continuum (BICs) are ubiquitous physical phenomena where such states occur due to strong coupling between leaky modes in side lossy systems. BICs in meta-optics and nanophotonics enable optical mode confinement to strengthen local field enhancement in nonlinear optics. In this study, we numerically investigate second-harmonic generation (SHG) in the vicinity of BICs with a photonic structure comprising one-dimensional nanogratings and a slab waveguide made of lithium niobate (LiNbO3, LN). By breaking the symmetry of LN nanogratings, BICs transition to quasi-BICs, which enable strong local field confinement inside LN slab waveguide to be supported, thereby resulting in improving SHG conversion with lower pump power of fundamental frequency (FW). With a peak intensity of 1.33 GW cm−2 at the FW, our structure features a second-harmonic conversion efficiency up to 8.13 × 10−5 at quasi-BICs. We believe that our results will facilitate the application of LN in integrated nonlinear nanophotonic.
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