转载：beat365中国唯一官方网站王雪华、周张凯教授团队在增强光与物质相互作用研究方面取得重要进展

        中大新闻网讯（通讯员周张凯）

        近日，beat365中国唯一官方网站王雪华、周张凯教授团队提出场增强增益新概念显著增强微纳结构中光与物质相互作用，研究成果发表于光学领域国际知名期刊Laser & Photonics Review。

        微纳光学结构的共振模式由于能够形成强烈的局域电场增强，因此一直以来被广泛应用于增强光与物质相互作用。但是，光子共振模式存在一些固有的弊端，比如吸收大、带宽窄，极大地降低了参与光与物质相互作用的光子数。因此，是否能实现比共振模式更好的光与物质相互作用增强，是微纳光子学研究领域需要解决和回答的一个重大科学问题。

图1 阵列双曲超结构中的共振模式与场增益模式对比

        针对上述问题，他们首先在理论上提出考虑系统吸收损耗的场增强增益因子和最佳场增强增益模新概念，以实现比传统共振模式更好的光学响应增强。传统上，人们采用场增强因子f₀(λ)= |E(λ)/E₀(λ)|²（E(λ)和E₀(λ)分别表示当波长为λ时，光子学系统中的总光场振幅和入射光场振幅）寻找共振模式（共振波长即为使f₀(λ)取最大值的波长，记为λ⁰），作为光与物质相互作用增强的最优选择。但共振模式往往伴随最大的吸收损耗，会显著减少实际参与光与物质相互作用的光子数，从而大大降低共振模式带来的光学响应增强的实际效果。为此，他们提出场增强增益因子新概念f_FEG(λ) = f₀(λ)[1-β(λ)]（β(λ)为光子学结构对于波长为λ的光子的吸收率），以寻找最佳场增强增益模（f_FEG(λ)取最大值的波长即为最佳增益模的波长，记为λ^F）用于增强光与物质相互作用。理论模拟发现：不仅最佳场增强增益模比共振模式有更显著的光学响应增强，而且存在一个比共振模式更强的光学响应增强宽带区，如图1e所示。为实验证明场增强增益概念的有效性，他们通过单层MoS₂与阵列双曲超结构相互作用的非线性光学响应，演示了存在一个比共振模式更强的非线性响应宽带区，且最佳场增强增益模可导致超过20000倍的二次谐波信号增强，约为相同条件共振模式所产生二次谐波增强的2倍，如图2所示。

图2 阵列双曲超结构增强单层MoS₂二次谐波的测试

        相关工作以“Giant Nonlinear Response of Monolayer MoS₂ Induced by Optimal Field-Enhancement Gain Mode on the Surface of Hyperbolic Metamaterials”为题，于2021年11月11日在线发表于Laser & Photonics Review。该工作由beat365中国唯一官方网站为完成单位，beat365中国唯一官方网站王雪华教授团队的周张凯教授为第一作者，王雪华教授为通讯作者。该研究受到广东省重点研发计划（2018B030329001），国家自然科学基金（11974437，91750207），“广东特支计划”（2017TQ04C487，2019JC05X397），广东省自然科学基金（2020A0505140004）以及beat365中国唯一官方网站高校基本业务费（20lgzd30）的支持。

        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100281