将光聚焦到亚波长尺度以增强光与物质的相互作用已成为纳米光子学研究的热点和热点。等离子体纳米天线是实现这一目标的重要工具，因为它们可以将光限制在远低于衍射极限的超小体积中。另一方面，二阶非线性在光子学中表现出重要的意义。小体积的二阶非线性也是特别可取的。金属是中心对称的;因此，由于空间反演对称性的破坏，二阶非线性必须整体消失，并且只存在于表面。实现金属SHG的其他方法是打破等离子体纳米结构的对称。利用强场增强，纳米结构中的SHG具有稳定性、可调性、相干性、快速响应和极化灵敏度等特点，在频率转换、传感和量子光学等领域具有很强的应用前景。尽管如此，二阶非线性转换效率仍然很弱。在亚波长尺度上提高SHG产率或非线性转换效率仍然是纳米非线性光学领域的一个具有挑战性的热点课题。

本文在薄膜铌酸锂(TFLN)上设计了等离子体蝴蝶结纳米天线，用于深亚波长光约束，通过等离子体热点增强来增强TFLN中的二次谐波产生(SHG)。实验结果表明，在谐振飞秒激光激发下，SHG强度提高了约20倍，而在金属热点处，SHG强度的提高远远大于20倍。

图 SHG增强的实验结果。(a)跳频飞秒激光器的频谱。(b) P = 950nm的z向、y向领结纳米天线阵列和无图片化TFLN的SH光谱。(c)不同G值下SH和FH幂的二次关系。P = 950nm。(d) SHG增强因子随P和G的变化。

此外我们还研究了等离激元热点天线的朝向对SHG增强的影响，在z极化跳频泵浦作用下，y向弓形纳米天线阵列与无图像化TFLN相比，可实现约6倍的SHG增强。实验结果表明，由于等离子体共振和二阶非线性本质上依赖于极化，热点增强SHG具有很强的极化灵敏度。

值得注意的是，模拟模体积约为6×10^(-6) (λ/n) ^3。等离激元热点结构实现的非线性转换效率达到1.3×10^(-7)。本文提出了一种在TFLN平台上实现亚波长非线性光学的途径。

该成果发表在“Zengya Li, Xiaona Ye, Zhuoran Hu, Hao Li, Shijie Liu, Yuanlin Zheng, and Xianfeng Chen, "Plasmonic hotspot arrays boost second harmonic generation in thin-film lithium niobate," Opt. Express 32, 13140-13155 (2024)”。

论文链接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-8-13140&id=548343