電気的に調整可能な非線形ポラリトニックメタ表面

半導体ヘテロ構造におけるサブバンド間非線形性とナノ共振器における光学モードの結合によって形成された非線形ポラリトニックメタ表面によって、数十kW cm^-2のオーダーの非常に低い励起強度での高効率周波数混合が最近実証された。こうしたサブ波長構造では、波動混合の効率、スペクトルバンド幅、局所的非線形位相は、位相整合に依存せず、構成要素であるメタ原子の非線形応答のみに依存する。今回我々は、この特性を利用して、プラズモニックナノ共振器と量子工学的半導体ヘテロ構造を組み合わせた、電気的に調整可能な非線形メタ表面を実証する。このメタ表面では、局所非線形応答の大きさと位相が、量子閉じ込めシュタルク効果を通してバイアス電圧によって制御される。我々は、第二高調波生成のためのスペクトル調整、動的強度変調、動的ビーム操作を実証している。今回の研究結果は、汎用的な機能を持つ電気的に再構成できるフラットな非線形光学素子を実現する手段を示唆している。