在自然介质中，当与高强度的光相互作用时可以观察到光学非线性，这种非线性的微观性质与宏观非线性偏振密切相关，实现某些频率到其他频率的转换。二次谐波产生是最重要的非线性效应之一，已被用于多种应用，如信号源产生、通信、成像、和生命体征监测。在光频中，二次谐波产生是一种非线性波混频过程，即两个相同基波长(λFW)的光子一起入射，产生一个在二次谐波波长(λSH = λFW/2)处具有较高能量的单个光子传统上，二次谐波产生可以使用非中心对称的块体材料超晶格来设计，具有较大的非线性磁化率，更重要的是，传统非线性光学晶体需要精确的相位匹配才能进行有效的频率转换。光学超表面表现出了天然非线性块状光学晶体所没有的新的非线性特性，为增强和操纵二次谐波产生提供了一个广阔的应用前景。人们提出了各种光学超表面来增强二次谐波产生，通过优化金属纳米结构的尺寸、形状和取向，可以精确地控制诱导二次谐波的强度、相位和偏振态。

 

       近日，来自东南大学的金石教授、崔铁军院士研究团队采用亚波长尺度上加载有源芯片的非线性超表面，在微波频率下实现了空间波的高效二次谐波。非线性超原子由接收天线、发射天线和倍频器有源电路组成，可以实现强非线性响应，将电磁信号从接收天线连接到发射天线。相应地，为了实现空间波倍频功能，在超原子中发射天线的工作频率应该是接收天线的工作频率的两倍，因此有源芯片可以很好地匹配，从而高效率地获得信号变换。仿真和实验结果表明，该方法具有良好的性能，在正态入射下的转换效率为85.11%，验证了所提方法的有效性。预计提出的超表面在空间谱移、新的电磁隐身技术和先进的雷达和通信系统方面具有广阔的应用前景。相关研究工作发表在《Advanced Science》上。（周玉宇）

 

 

       文章链接：DOI: 10.1002/advs.202101212

 

消息来源：两江科技评论