High-order harmonic generation and nonlinear chirality based on accidental bound states in the continuum

手性(物理) 非线性系统 高次谐波产生 物理 偶然的 订单(交换) 经典力学 量子力学 量子电动力学 声学 手征对称性 夸克 财务 Nambu–Jona Lasinio模型 经济 激光器
作者
Yuan Liu,Junxian Shi,Zhengqi Liu,Shijie Cai,Jing Chen,Xiaoshan Liu,Guiqiang Liu
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:127 (2) 被引量:7
标识
DOI:10.1063/5.0276913
摘要

Dielectric metasurfaces supporting bound states in the continuum (BICs) exhibit exceptional capabilities for capturing optical fields and are thus widely utilized to enhance light–matter interactions at nanoscales, such as nonlinear optical effects and chiroptic effects. However, it remains a considerable challenge to simultaneously realize significant high-order nonlinear circular dichroism (CD) and strong high-order nonlinear responses. In this work, we theoretically propose high-efficiency third harmonic generation (THG), direct fifth harmonic generation (dFHG), cascaded fifth harmonic generation (cFHG), and corresponding high-order nonlinear chiroptic effects in a Si-based metasurface based on the accidental BICs (A-BICs). Strong THG, dFHG, and cFHG signals, respectively, with high conversion efficiencies of 1.1%, 1.31 × 10−9, and 8.77 × 10−6 are achieved under the fundamental pump intensity of 1 MW/cm2 and the efficiency of dFHG is boosted by three orders of magnitude by the cascaded approach based on the degenerate four-wave mixing. Importantly, the generated FHG signals are located in the deep ultraviolet region with the full width at half maximum less than 0.15 nm, significantly contributing to the development of deep ultraviolet lasers. Furthermore, strong linear CD, THG CD, dFHG CD, and cFHG CD are also achieved with the maximum values approaching 1. Our findings provide a feasible approach for developing high-efficiency high-order nonlinearity and near-perfect high-order chiral nonlinear optical devices.
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