Большой интерес к гиперболическим метаматериалам вызван их уникальными оптическими свойствами, обусловленными гиперболическим законом дисперсии света [1]. Переход от эллиптической к гиперболической дисперсии происходит в области длин волн, при которых действительная часть эффективной диэлектрической проницаемости проходит через нулевое значение (Epsilon Near Zero). Образующаяся при этом сингулярность нормальной компоненты электрического поля открывает возможность для значительного усиления нелинейных эффектов, в том числе, генерации второй гармоники [2].
В недавно опубликованной работе [3] была впервые проведена спектроскопия интенсивности генерации второй гармоники в гиперболических метаматериалах на основе массива золотых наностержней в диэлектрической матрице из анодного оксида алюминия. Измерения проведены в геометрии «на пропускание». Максимальная эффективность генерации второй гармоники наблюдается в спектральной окрестности точки ENZ (810 – 820 нм) при углах падения 10 – 20 градусов. При нормальном падении излучения накачки продольный резонанс не возбуждается, а для бóльших углов падения поглощение излучения накачки превалирует над резонансным увеличением нелинейно-оптического отклика, что подтверждается численным моделированием. С помощью метода нелинейно-оптической интерферометрии было показано, что изменение закона дисперсии света в точке ENZ приводит к значительному скачку фазы второй гармоники, который достигает 200 градусов при угле падения 35 градусов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 18-73-10151).
[1] A. Poddubny, I. Iorsh, P. Belov, Y. Kivshar, Hyperbolic metamaterials // Nature Photonics, 2013, v. 7, pp. 948-957. DOI: 10.1038/nphoton.2013.243.
[2] M.A. Vincenti, D. de Ceglia, A. Ciattoni, M. Scalora, Singularity-driven second- and third-harmonic generation at epsilon-near-zero crossing points // Physical Review A, 2011, v. 84, 063826. DOI: 10.1103/PhysRevA.84.063826.
[3] I.A. Kolmychek, V.B. Novikov, I.V. Malysheva, A.P. Leontiev, K.S. Napolskii, T.V. Murzina, Second-harmonic generation spectroscopy in gold nanorod-based epsilon-near-zero metamaterials // Optics Letters, 2020, v. 45, pp. 1866-1869. DOI: 10.1364/ol.384411.