4000-enhancement of difference frequency generation in a mode-matching metamaterial
| Autor: | Soun, Léna, Héron, Sébastien, El Ouazzani, Hasnaa, Fix, Baptiste, Haïdar, Riad, Bouchon, Patrick |
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| Přispěvatelé: | DOTA, ONERA, Université Paris Saclay [Palaiseau], ONERA-Université Paris-Saclay, Département de Physique de l'Ecole Polytechnique (X-DEP-PHYS), École polytechnique (X) |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2020 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Optics Express Optics Express, Optical Society of America-OSA Publishing, 2020, 28 (19), pp.27210. ⟨10.1364/OE.398733⟩ |
| ISSN: | 1094-4087 |
| DOI: | 10.1364/OE.398733⟩ |
| Popis: | International audience; In the wake of the control of light at the sub-wavelength scale by nanoresonators, metasurfaces allowing strong field exaltations are an attractive platform to enhance nonlinear processes. Recently, high efficiency second harmonic and difference frequency generations were demonstrated in metasurfaces that generate a nonlinear polarization normal to the surface. Here, we introduce a mode matched resonator that is able to produce this particular nonlinear polarization in a layer of gallium arsenide associated with a gold metasurface. The nonlinear conversion mechanism is described as a two-step process in which efficiency is shown to yield a good colocalization and a strong enhancement of the pump fields, as well as a high extraction efficiency of the generated field. This mode-matched metasurface is able to reach a difference frequency generation (DFG) efficiency of 10−2W/W2. This opens a new paradigm where alternative nonlinear materials could be reintroduced in metasurfaces and yields even higher efficiency than high effective χ(2) structures.; Dans le sillage du contrôle de la lumière à l'échelle sub-longueur d'onde par les nanorésonateurs, les métasurfaces permettant de fortes exaltations de champ sont une plateforme attrayante pour améliorer les processus non-linéaires. Récemment, des fortes efficacités pour la génération de seconde harmonique et de différence de fréquence ont été démontrées dans des métasurfaces qui génèrent une polarisation non linéaire normale à la surface. Nous présentons ici un résonateur avec accords de modes qui est capable de produire cette polarisation non linéaire particulière dans une couche d'arséniure de gallium associée avec une métasurface en or. Le mécanisme de conversion non linéaire est décrit comme un mécanisme à deux étapes dont l'efficacité est démontrée par une bonne colocalisation et une forte exaltation des champs pompes, ainsi qu'une grande efficacité d'extraction du champ généré.Cette métasurface adaptée au mode est capable d'atteindre une efficacité de génération de différence de fréquences (DFG) de 10-2 W/W². Cela ouvre un nouveau paradigme où des matériaux non linéaires alternatifs pourraient être réintroduits dans les métasurfaces, et donner un rendement encore plus élevé que des structures avec un χ(2) élevé. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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