Metasuperficie de GaP para generación eficiente de segunda armónica

G. Q. MORETTI; A. V. BRAGAS; G. GRINBLAT

Encuentro; 21 Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

Los estados ligados en el continuo (BICs, bound-states in the continuum) son modos confinados, inaccesibles, con energías presentes en el espectro radiativo. Sin embargo, los BICs protegidos por simetría pueden ser excitados si se agrega un defecto que rompa esta, convirtiéndose en Quasi-BICs (QBICs). Debido a su concepción como estados puramente ligados, estructuras periódicas, como las metasuperficies, fueron un punto de partida para su estudio con ondas electromagnéticas. Variados diseños fueron propuestos en los últimos años [1], con factores de calidad (Q) en el rango entre 102 y 105. En este trabajo se propone una metasuperficie de fosfuro de galio sobre vidrio que presenta un novedoso y robusto diseño capaz de soportar resonancias ópticas con factores de calidad hasta 107. Un esquema del diseño y el proceso de segunda armónica puede verse en la figura 1A. El sistema consiste en dos cilindros elípticos y un cilindro circular extra, que permite acoplar el QBIC. Cuando el acoplador se encuentra en las posiciones marcadas con una ‘x’, el sistema tiene simetría de reflexión en la dirección y. Pero cuando el mismo es desplazado una distancia Δy, el modo QBIC puede ser excitado. En general, cuando la asimetría es pequeña, el factor de calidad de la resonancia depende de la inversa del cuadrado de esta. En la figura 1B puede observarse como esta relación es válida hasta desplazamientos de 40 nm. Lo que resulta interesante y novedoso es que el factor de calidad no decrece de forma monótona, sino que aparece una región de estabilidad entre los dos extremos. Este nuevo comportamiento aquí demostrado en metasuperficies dieléctricas muestra que es posible obtener resonancias con elevado Q (entre 103 y 105) usando estructuras que son fácilmente realizables con las técnicas actuales de fabricación [2]. Aprovechando las propiedades ópticas del GaP y la gran amplificación del campo dentro del material, se estudió la eficiencia de segunda armónica para la resonancia particular del recuadro superior en la figura 1B. Se obtuvo una eficiencia máxima teórica de 0.5 % bajo un régimen perturbativo, mayor a la reportada previamente de 0.2 % en el mismo régimen. Esto también demuestra que hay mejoras que se pueden proponer dentro de estos sistemas ya que la máxima eficiencia reportada experimentalmente es de 2 × 10-5 % [3] usando intensidades incidentes similares a las aquí estudiadas. REFERENCIAS 1.Koshelev K., S. Lepeshov, M. Liu et al. Phys. Rev. Lett. vol. 121 (2018) pag. 1939032.Kühne J., W. Juan, W. Thomas et al. Nanophotonics vol. 10 (2021) pag. 4305-43123.Anthur A. P., H. Zhang, R. Paniagua-Dominguez et al. Nano Lett. vol. 20 (2020) pag. 8745–8751