Гиперболические метаматериалы (ГММ) вызывают большой интерес благодаря их уникальным оптическим и нелинейно-оптическим свойствам, обусловленным гиперболической дисперсией света [1]. В спектрах компонент эффективной диэлектрической проницаемости (ε) наблюдаются две особые точки, ответственные за целый ряд перспективных явлений: переход ε через нулевое значение (epsilon-near-zero, ENZ) и полюс эффективной диэлектрической проницаемости (epsilon-near-pole, ENP). Недавно мы показали значительное увеличение мощности генерации второй гармоники (ГВГ) в окрестности ENZ из-за значительного усиления электрического поля внутри ГММ [2].
Эксперименты, проведенные в настоящей работе [3], подтвердили, что сильное увеличение ГВГ происходит из-за выполнения условий фазового синхронизма. Мы показали ключевую роль обеих спектральных особенностей, ENZ и ENP, определяющих дисперсию как второй гармоники, так и излучения накачки. В результате накачки s-поляризованным лучом лазера наблюдается лишь один максимум ГВГ, в то время как в случае p-поляризации проявляются два максимума при ненулевом угле падения света. Таким образом генерация второй гармоники в субмикрометровом слое нанокомпозита действительно вызвана выполнением условий фазового синхронизма.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 18-73-10151.
[1] P. Huo, S. Zhang, Y. Liang, Y. Lu, T. Xu, Hyperbolic Metamaterials and Metasurfaces: Fundamentals and Applications // Advanced Optical Materials, 2019, v. 7, 1801616. DOI: https://doi.org/10.1002/adom.201970054.
[2] 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: https://doi.org/10.1364/OL.384411.
[3] I.A. Kolmychek, I.V. Malysheva, V.B. Novikov, A.P. Leontiev, K.S. Napolskii, T.V. Murzina, Phase-matched optical second harmonic generation in a hyperbolic metamaterial based on silver nanorods // Physical Review B, 2020, v. 102, 241405. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.241405.