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【2h】

Structuring Nonlinear Wavefront Emitted from Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides

机译：从单层过渡金属硫属元素化物发出的非线性波前的结构

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摘要

The growing demand for tailored nonlinearity calls for a structure with unusual phase discontinuity that allows the realization of nonlinear optical chirality, holographic imaging, and nonlinear wavefront control. Transition-metal dichalcogenide (TMDC) monolayers offer giant optical nonlinearity within a few-angstrom thickness, but limitations in optical absorption and domain size impose restriction on wavefront control of nonlinear emissions using classical light sources. In contrast, noble metal-based plasmonic nanosieves support giant field enhancements and precise nonlinear phase control, with hundred-nanometer pixel-level resolution; however, they suffer from intrinsically weak nonlinear susceptibility. Here, we report a multifunctional nonlinear interface by integrating TMDC monolayers with plasmonic nanosieves, yielding drastically different nonlinear functionalities that cannot be accessed by either constituent. Such a hybrid nonlinear interface allows second-harmonic (SH) orbital angular momentum (OAM) generation, beam steering, versatile polarization control, and holograms, with an effective SH nonlinearity of ~25 nm/V. This designer platform synergizes the TMDC monolayer and plasmonic nanosieves to empower tunable geometric phases and large field enhancement, paving the way toward multifunctional and ultracompact nonlinear optical devices.
机译：对定制非线性的不断增长的需求要求具有异常相间不连续性的结构，该结构允许实现非线性光学手性，全息成像和非线性波前控制。过渡金属二硫化碳（TMDC）单层在几埃厚度内提供了巨大的光学非线性，但是光吸收和畴尺寸的限制对使用经典光源的非线性发射的波阵面控制施加了限制。相比之下，基于贵金属的等离子体纳米筛支持巨大的场增强和精确的非线性相位控制，像素级分辨率为100纳米。然而，它们固有地具有弱的非线性敏感性。在这里，我们通过将TMDC单层与等离子体纳米筛集成在一起，报告了一个多功能的非线性界面，产生了完全不同的非线性功能，这两种成分都无法访问。这种混合非线性接口允许产生二次谐波（SH）轨道角动量（OAM），光束转向，通用偏振控制和全息图，有效的SH非线性约为25〜nm / V。这个设计器平台将TMDC单层和等离激元纳米筛协同作用，以实现可调谐的几何相位和大视野增强，为多功能和超紧凑型非线性光学器件铺平了道路。

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