Abstrakt
Breitbandige Lichtabsorption und Feldlokalisierung sind für die verstärkte Licht-Materie-Wechselwirkung, insbesondere bei der Erzeugung von Harmonischen, von großem Interesse. Aufgrund der begrenzten Resonanzbandbreite können die meisten periodischen plasmonischen Nanostrukturen jedoch nicht gleichzeitig die Anregungswellenlänge und die Wellenlänge der Harmonischenerzeugung abdecken. Daher weisen die meisten bisher beschriebenen plasmonischen nichtlinearen optischen Prozesse eine geringe Konversionseffizienz auf. Wir berichten hier über eine starke Verstärkung der Frequenzverdopplung mithilfe einer dreischichtigen superabsorbierenden Metasurface-Struktur. Diese besteht aus einer dielektrischen Zwischenschicht, die von einem Array zufällig angeordneter metallischer Nanoantennen und einer metallischen Grundplatte umgeben ist. Bemerkenswerterweise wurde die starke Lichtabsorption (z. B. > 80 %) im gesamten sichtbaren bis nahinfraroten Spektralbereich (d. h. von 435 nm bis 1100 nm) erreicht. Dies ermöglicht die plasmonisch verstärkte Erzeugung von Oberflächenharmonischen und die Frequenzmischung über einen breiten Bereich von Anregungswellenlängen, was mit schmalbandigen periodischen plasmonischen Strukturen nicht möglich ist. Durch die Integration hybrider, zufällig angeordneter Antennenarrays mit kleinen metallischen Nanopartikeln und ultradünnen nichtlinearen optischen Filmen (z. B. TiO₂) in die Nanospalte lässt sich der nichtlineare optische Prozess weiter verstärken. Diese breitbandige Lichtfallen-Metastruktur erweist sich als vielversprechender Baustein für neuartige nichtlineare optische Meta-Atome.
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