在深亚波长乃至原子尺度上实现光约束，长期以来一直是纳米光子学领域的核心挑战与研究热点。能够以极高精度实现光子的空间局域化，为纳米激光器、单分子传感、超分辨成像以及高效非线性和量子光学器件的实现开辟了新路径。实现此类光约束通常需要精心设计纳米结构，从而在克服光学衍射极限的同时最小化光学损耗。等离激元共振通过将光与金属中自由电子的集体振荡耦合，实现强场约束，可突破光学衍射极限并在深亚波长尺度增强光与物质的相互作用。尽管等离子体结构具有较小的模式体积，但其较高的欧姆损耗、较低的损伤阈值以及缺乏体二阶非线性，往往导致非线性转换效率受限。在全介质材料中实现亚衍射极限的光场限制，以增强光与物质相互作用且避免上述缺陷，具有重要应用前景但极具挑战性。

我们在嵌入悬空薄膜铌酸锂（TFLN）圆形布拉格光栅（CBG）腔的蝴蝶结纳米结构中，实现了二次谐波产生（SHG）的显著增强。该结构的超小模式体积可小于0.001(λ/n)^3。在1 MW·cm⁻²的泵浦光强下，CBG纳米腔的归一化转换效率高达0.85×10⁻² cm^²·GW^⁻¹。该方法为在超紧凑、无损耗的全介质平台上实现稳定的亚衍射光-物质相互作用的非线性纳米器件奠定了基础。

图1. CBG结构与嵌入蝴蝶结的CBG结构示意图及模式分布对比。(a) 悬空圆形布拉格光栅（CBG）结构示意图。(b-d) CBG的电场和磁场分布。(e) 嵌入CBG的蝴蝶结结构示意图。(f) 蝴蝶结中的电场压缩效应。(g) 实测光学品质因子。

图2提取了不同周期和占空比下对应结构谐振的基频光泵浦信号，以评估二次谐波信号的增强效果。与纯薄膜铌酸锂相比，蝴蝶结-CBG复合结构的最大增强因子可达3720。在设计过程中，蝴蝶结结构需尽可能减小尺寸。对于小晶格周期、低占空比的结构，蝴蝶结形状单元的引入会显著改变CBG的谐振条件。因此，在特定周期和占空比条件下，嵌入蝴蝶结的CBG结构无法实现明显的二次谐波增强效果。然而，在大周期、高占空比条件下，可观察到显著的增强效应。

图2. TFLN纳米腔样品的二次谐波增强特性。(a) 泵浦光的光谱和时间分布。(b) 不同周期下的二次谐波增强效果。(c) 固定光栅周期为760 nm时，不同占空比下的二次谐波增强效果。(d) 实验观测到的可见二次谐波信号。

本研究成果发表于“Sub-Diffraction Optical Confinement for Enhanced Second-Harmonic Generation in Suspended Thin-Film Lithium Niobate Nano-Cavity. Laser & Photonics Reviews (2026): e71263. ”

文章信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.71263