优化超表面中的二次谐波产生：模式重叠因子

《Laser & Photonics Reviews》：Optimizing Second Harmonic Generation in Metasurfaces: The Mode Overlap Factor

二阶谐波生成效率受模式重叠因子β影响显著，通过数值模拟和实验验证，在Q因子一致条件下优化三个不同β值的金属表面波超表面，发现β值升高能增强非线性材料中场局域化效应，促进基频和谐频波近场相互作用，使SHG效率提升，揭示了β因子与谐振特性的协同作用机制。

　　

摘要

尽管人们已经投入了大量努力来提高共振的质量因子（Q因子），以改善超表面的二次谐波生成（SHG）效果，但模式重叠因子（$\beta$）的作用尚未得到系统和实验性的研究。在这项研究中，我们通过数值模拟和在受控Q因子条件下的实验验证，探讨了$\beta$对SHG效率的影响。为了明确$\beta$在控制非线性转换效率中的作用，我们设计并优化了三种具有不同$\beta$值的超表面，同时保持它们在FF共振处的Q因子相当，并且在SH波长处没有明显的共振现象。较高的$$增强了非线性材料内的场限制，促进了基波和二次谐波之间的更高效近场相互作用，从而显著提高了SHG效率。这些发现为模式重叠与共振特性之间的相互作用提供了更深入的见解，并提出了一种通过$$优化来提高SHG性能的实际途径。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向通讯作者提出合理请求后获得。