单片磷化镓超表面中的二次谐波产生

抽象的

磷化镓 (GaP) 因其宽广的光学透明范围、高二阶非线性极化率以及可通过选择合适的晶体取向来调控非线性响应的特性，为非线性纳米光子学和量子纳米光子学提供了独特的机遇。然而，制备低折射率衬底上的单晶 GaP 薄膜（通常是非线性介电超表面所必需的）却十分有限。本文设计并实验实现了用于增强和调控二次谐波产生 (SHG) 的单片 GaP 超表面。我们利用电子束光刻和优化的感应耦合等离子体刻蚀工艺，在无需硬掩模的情况下，从 (110) GaP 晶圆上制备了超表面。SHG 测量结果表明，其近红外到可见光的转换效率高达 10⁻⁵，与基于 III-V 族半导体的薄膜超表面设计的典型值相当。此外，我们利用非线性背焦平面成像技术证明，相当一部分二次谐波沿光轴发射到零级衍射。我们的研究结果表明，单片 GaP 超表面是一种简单且易于广泛应用的替代方案，可以替代相应的薄膜设计，用于非线性纳米光子学领域的许多应用。.