非线性光学超构材料-中国材料进展

文章信息/Info

作者:: 刘萱1; 2; 邓俊鸿1; 2; 唐宇涛1; 张学才1; 欧阳敏3; 李贵新1; 2; （1. 南方科技大学材料科学与工程系，广东深圳 518055）
（2. 南方科技大学深圳量子科学与工程研究院，广东深圳 518055）
（3. 华南师范大学信息光电子科技学院，广东广州 510006）

Author(s):: LIU Xuan1; 2; DENG Junhong1; 2; TANG Yutao1; ZHANG Xuecai1; OUYANG Min3; LI Guixin1; 2; (1. Department of Materials Science and Engineering, Southern University of Science
and Technology, Shenzhen 518055, China)
(2. Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and
Technology, Shenzhen 518055, China)
(3. School of Information Photoelectric Science & Technology, South China Normal University, Guangzhou 510006, China)

Keywords:: photonic meatamaterials; photonic metasurface; nonlinear optics; optical frequency conversion; optical switching and modulation; geometric phase

摘要:: 在线性光学范畴下，光学超构材料等人工结构材料的出现与发展使得人们在控制光与物质的相互作用方面拥有更多自由度。例如，利用人工设计的功能单元可在亚波长尺度对光的振幅、相位和偏振进行灵活有效的调控，从而实现超透镜、负折射、隐身衣等新奇光学效应。通过调控超构材料中光的几何相位、局域电磁增强等物理机制，可实现光与物质相互作用的显著增强，为实现非线性微纳光学光源及其应用开启了新的大门。围绕近年来光学超构材料在光学频率转换、超快光开关与光调制、以及非线性相位调控等方面的研究进展进行了总结，并对非线性光学超构材料在未来应用中的前景和所面临的挑战进行了展望。

Abstract:: In linear optics, the emergence and development of artificial materials such as photonic metamaterials provide more degree of freedom to control lightmatter interactions. For example, the artificial metaatoms can be used to flexibly and effectively control the amplitude, phase and polarization of light at subwavelength scales. Thus, some novel optical phenomena, such as superlens, negative refraction, and invisible cloak, have been achieved. By controlling the geometric phase of light and local electromagnetic enhancement in metamaterials, to achieve significant enhancement of lightmatter interactions, people opens a new door for realizing nonlinear micro/nano light sources and their applications. In this review, the recent research progresses of functionalities of photonic metamaterials such as optical frequency conversion, ultrafast optical switching and modulation, and nonlinear phase control are summarized. We also overview the future applications and challenges of the nonlinear photonic metamaterials.

备注/Memo:: 李贵新：男，1981年生，2016年第十二批国家特聘专家（青年）入选者，南方科技大学材料科学与工程系副教授、量子科学与工程研究院研究员，博士生导师。2009年于香港浸会大学物理系取得博士学位。曾于香港浸会大学、伦敦帝国理工学院、英国伯明翰大学、德国帕德博恩大学等研究机构任博士后、研究助理教授等职。研究方向包括光学超构表面、非线性光学等。在光学超构材料、光学超构表面、微纳光学等研究领域取得了多项突破性研究成果。在包括Nature Materials、Nature Physics、Nature Nanotechnology、Nature Reviews Materials、Physical Review Letters、Nature Communications、Nano Letters、Advanced Materials等高影响力期刊发表研究论文50余篇。获授权美国专利5项、申请多项中国发明专利。