在现代光学研究中，具有较大非线性光学系数的铌酸锂材料可以用来产生二次谐波 (SHG)。随着亚波长尺度下的光场探测以及集成纳米制造技术的发展，无需满足相位匹配条件的非线性纳米结构得到了广泛地研究，然而要获得更高效的非线性光学器件，仍需通过光与物质的强相互作用来进一步提高非线性光学性能。近日，暨南大学理工学院卢惠辉教授团队（通信作者），在国际学术一区TOP期刊Science China Physics, Mechanics & Astronomy发表以题为“Resonant Enhancement of Second Harmonic Generation in Etchless Thin Film Lithium Niobate Hetero-nanostructure”(铌酸锂薄膜（LNOI @NanoLN）异质微纳结构谐振增强的二次谐波产生)的研究成果。

图1：a. 基于X-Cut铌酸锂薄膜的异质微纳结构示意图；b. 单个原包结构的示意图；c. 异质微纳结构的理论能带结构；d. x-y截面的计算场分布图。

鉴于包含基于各向异性层的异质微纳结构的的灵活光场调控优势，在文章中，提出了一种以铌酸锂薄膜为基底的二氧化硅异质集成微纳结构方案，其中的各向异性铌酸锂薄膜为异质微纳结构提供可色散调控的光与物质的相互作用。结合各向异性的LNOI异质微纳结构可色散调控实现非线性光波产生的效率，这种显著且有效增强光与物质相互作用的机制具有灵活的光场调控性，在显微成像、非线性光集成、量子光子器件等微纳尺度的集成光子学中具有广泛的潜在应用。

图2：a. 实验测试装置示意图；b.无异质微纳结构结构的二次谐波产生的对比；c.泵浦功率与二次谐波产生功率的对应关系；d. 二次谐波偏振相关特性。

暨南大学理工学院光电工程系研究生黄志进、罗凯文、黎洋和丘文涛副研究员、关贺元教授，广东工业大学徐毅教授和暨南大学光子技术研究院李向平教授也参与本文的研究工作。该研究得到国家自然科学基金、广东省杰出青年基金和广东省国际科技合作项目的资助。

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https://doi.org/10.1007/s11433-022-1937-8

Z. Huang, et al., Resonant enhancement of second harmonic generation in etchless thin film lithium niobate heteronanostructure, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 65, 104211 (2022)