JOPT编辑优选：连续域准束缚态赋能超表面非线性光学：从物理机制到前沿应用
本篇研究来自粤港澳大湾区量子科学中心刘卓俊和中山大学刘进课题组。连续域准束缚态通过同时提供高品质因子共振与强局域场，为超表面非线性光学带来了新的增强机制。本文系统梳理了不对称超表面中连续域准束缚态的形成原理、结构设计与材料实现，归纳了其在二次和三次谐波生成、高次谐波、非线性手性效应及参量过程中的代表性进展，展示了连续域准束缚态超表面在高效片上频率转换、结构光调控与量子光源等方向的应用潜力。 文章介绍 Quasi-bound states in the continuum for nonlinear applications in asymmetry metasurfaces Wei Wu（吴溦）, Zhuojun Liu（刘卓俊）, Guixin Qiu（邱贵鑫）, Bo Chen（陈波） and Jin Liu（刘进） 通讯作者： 刘卓俊，粤港澳大湾区量子科学中心 刘进，中山大学 研究背景： 非线性光学在频率转换、光信息处理和量子光学中具有重要意义，但如何在紧凑器件中同时实现强场约束、高转换效率与灵活功能调控，仍是纳米光子学面临的核心问题。超表面为操控光场振幅、相位和偏振提供了新平台，但传统非线性超表面常受限于共振品质因子不足和光物质相互作用弱。近年来，基于对称性破缺引入的准连续域束缚态因兼具高品质因子共振和强局域场增强，成为提升超表面非线性响应的重要机制。围绕这一方向，研究已拓展至谐波产生、手性非线性、高次谐波和参量过程等多个领域。本文旨在系统梳理连续域准束缚态不对称超表面的设计原理、关键进展及应用前景。 研究内容： 本综述文章围绕不对称超表面中准连续域束缚态（准BIC）的非线性应用展开系统综述，重点讨论了准BIC的形成机制、结构设计方法、材料平台选择及其在典型非线性光学过程中的应用进展。文章指出，理想BIC由于与外界辐射通道完全解耦而难以直接激发，而通过引入适当的对称性破缺，可以将其转化为既能与外场耦合、又保留超高品质因子特性的准BIC模式。该机制能够显著抑制辐射损耗并强化局域光场，从而大幅提升光与物质之间的相互作用效率，为非线性增强提供关键基础。 在此基础上，文章总结了准BIC超表面在多个非线性方向上的代表性研究进展，包括二次谐波产生、三次谐波产生、高次谐波产生、非线性手性效应以及自发参量下转换等。通过合理设计结构单元的几何参数、对称性破缺方式和材料组合，可以在纳米尺度上精确调控模式分布、辐射耦合和共振特性，从而实现高效、可控的非线性频率转换。特别是，将不对称超表面与高非线性材料，例如二维材料等相结合，为进一步突破传统平台中的效率瓶颈提供了新的方案。 本文的创新性和重要性在于，它并非局限于单一材料或单一非线性过程，而是从物理机制、器件设计到应用场景三个层面，对准BIC增强非线性光学这一方向进行了系统梳理。文章揭示了高品质因子共振、局域场增强与结构对称性工程之间的内在联系，明确了该领域从基础机理研究走向高性能器件实现的发展脉络。相关进展表明，准BIC不对称超表面有望在片上频率转换、低功耗非线性调控、结构光生成和集成量子光源等方面发挥重要作用，为下一代非线性纳米光子器件的发展开辟新路径。 作者介绍 刘卓俊 副研究员 粤港澳大湾区（广东）量子科学中心 刘卓俊，粤港澳大湾区（广东）量子科学中心副研究员，所在功能量子芯片与技术研究部，长期从事高性能腔增强量子光源等研究。在Physical Review Letters、Science Advances、Nano Letters、ACS Photonics等发表系列成果，相关论文为高被引论文，单篇谷歌学术累计引用近千次。 刘进 教授 中山大学 刘进，中山大学物理学院教授，国家海外高层次青年人才、教育部重大人才工程特聘教授，长期从事微纳光学与集成量子光学研究，在Nature、Nature Photonics、Nature Physics、Nature Nanotechnology等国际重要学术期刊上发表系列成果，其研究成果曾入选“中国光学十大进展”“中国高等学校十大科技进展”和“中国半导体十大研究进展”等。目前主持科技部重点研发课题、国家自然科学基金重点项目等，并担任Light: Science &...
