Generación Eficiente de Segunda Harmónica con Resonancias de tipo QBICs en Metasupercies de GaP

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

Congreso; 107 Reunión Nacional de Física de la AFA; 2022

En los ultimos años, las resonancias opticas en metasuperficies del tipo de estados cuasi ligados en el continuo (QBICs, quasi bound-states in the continuum) han tomado relevancia en diferentes aplicaciones. Una de ellas siendo la generacion eficiente de luz con procesos no lineales en materiales dielectricos. Esta utilidad es facilitada por las caracteristicas principales de este tipo de resonancias, amplificaciones elevadas del campo electrico y anchos espectrales angostos, con factores de calidad que van entre 10^2 y 10^5 [1]. Entre todos los materiales dielectricos, el fosfuro de galio (GaP) tiene la ventaja de tener un elevado indice de refraccion con baja absorcionen el espectro visible y una susceptibilidad no lineal alta. Para excitar estos modos, se debe partir de una estructura periodica simetrica y acoplar el sistema a la luz incidente mediante la ruptura de alguna simetria, siendo el procedimiento usual deformar la geometria inicial [2]. En este trabajo, a diferencia de trabajos anteriores, se aprovecha la distribucion del campo electrico y se agregaun elemento perturbativo en posiciones que permitan ´optimizar´ la asimetria. Esto tiene la ventaja de ser un diseño mas sencillo para las tecnicas de fabricacion actuales [3] y permite un gran control sobre la resonancia. El novedoso diseño presenta una resonancia QBIC para longitudes de onda cercanas a 970 nm.Aprovechando que el campo electrico es altamente amplificado dentro del material, se utilizaron las propiedades opticas del GaP para computar la eficiencia de generacion de segunda armonica. Se obtiene una eciencia teorica maxima de 0.5 % para potencias en el orden de 1 mW. Estas estimaciones tienen en cuenta terminos no lineales perturbativos como el agotamiento del bombeo y el efecto Kerr optico. La eficiencia maxima reportada para metasuperficies de GaP con intensidades similares es de 2x10^-5 % [4], lo que de muestra que hay lugar para mejoras en este tipo de sistemas para el futuro.[1] L. Zhuojun et al, Phys. Rev. Lett. 123 (2019) 253901[2] K. Koshelev et al, Phys. Rev. Lett. 121 (2018) 193903[3] J. Kuhne et al, Nanophotonics 10 (2021) 4305-4312[4] A. P. Anthur et al, Nano Lett. 20 (2020) 8745-8751