非线性光子晶体是一种特殊的光学材料，其二阶非线性极化率随空间变化，但晶体折射率不变。这种晶体最早由Bloembergen提出用来解决非线性频率转换过程中相位匹配问题。直到现在非线性光子晶体在非线性光学中仍起到至关重要的作用。利用这种晶体，研究人员展示了各种非线性光学基本原理，如非线性拉曼纳斯衍射、非线性切伦科夫辐射、非线性惠更斯菲涅尔原理、非线性泰尔伯特效应、非线性体全息等等。非线性光子晶体也在量子光学中起到了举足轻重的作用，如量子光源产生，量子态操纵等。除此之外，集成光子学的发展也进一步拓展了非线性光子晶体的应用。之前对非线性光子晶体结构的探测，通常做法是利用氢氟酸破坏晶体表面，根据正负畴腐蚀速度差异来得到结构信息。尽管非线性切伦科夫、非线性泰尔伯特效应以及基于畴壁的近衍射自由效应可以实现非线性光子晶体结构无损探测，但这些方法均受限于所用光学系统的分辨率。
图1 两个周期性非线性光子晶体所形成的非线性莫尔效应示意图。
上海交通大学物理与天文学院先进光子学材料和物理实验室陈险峰教授课题组针对这一问题提出利用非线性莫尔超晶格可实现非线性光子晶体超分辨无损探测，这种方法可有效突破光学成像系统的分辨率。相关结果发表在Laser & Photonics Reviews上。
图2 实验中观察到的非线性莫尔效应（a）氢氟酸腐蚀后得到的非线性光子晶体结构；（b）和（c）两同周期结构非线性成像结果；（d）实验中清晰观察到非线性莫尔效应。
非线性莫尔超晶格如图1所示。图2(a)是实验中用到的非线性样品，经氢氟酸腐蚀后在光学显微镜下可以观察到其结构信息。未经腐蚀时则观察不到其结构。将两块参数完全相同且未经过腐蚀处理的非线性光子晶体放入非线性成像系统，其成像结果如图2(b)和2(c)所示。可以看出，由于成像系统分辨率局限，其结构并不能完全显示出来。当将两块晶体以一定角度紧贴放入成像系统，形成非线性莫尔超晶格，可以很容易观察到其所形成的非线性莫尔效应，并且在原有成像系统分辨率下完全可以分辨其莫尔结构尺寸。基于此，当知道其中标准非线性光子晶体结构后，就可以根据莫尔条纹参数推算出待测非线性光子晶体结构参数。通过进一步理论计算发现利用常规光学显微镜，本文提出的方法可进一步应用到纳米级结构的探测。
WILEY
论文信息：
Nonlinear Moiré Superlattice for Super-Resolution Nondestructive Detection of Nonlinear Photonic Crystals
Haigang Liu, Xianfeng Chen
Laser & Photonics Reviews
DOI: 10.1002/lpor.202000596
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202000596
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