Ett av huvudmålen med optik är kontroll av ljusutbredning och inneslutning. Framsteg inom optik började historiskt med utvecklingen av skrymmande linser och speglar, sedan prismor och galler, och så vidare. Förbättringen av dessa anordningar avtog när diffraktionsgränsen närmade sig. Nanofotonik syftar till att manipulera elektromagnetiska vågor på sub-våglängdsskala för att gå över denna gräns. Den senaste utvecklingen av tillverkningsteknologier, numeriska verktyg och teoretiska modeller öppnade vägen för nya enheter med oöverträffade prestanda.

Optiska metasytor är arrayer av optiska antenner, med sub-våglängdsstorlek och separation. De representerar ett originellt koncept för platt optik utan klassiska analoger. De möjliggör den ultimata miniatyriseringen av optiska komponenter, såväl som möjliggörandet av nya funktioner som hittills inte är möjliga. Under de senaste två decennierna har de optiska egenskaperna hos metasytor studerats intensivt i den linjära regimen, med antingen metalliska eller amorfa dielektriska nanostrukturer.

På senare tid har ickelinjär platt optik fått ökad uppmärksamhet, med frekvensomvandlingseffekter observerade först i de hot spots som är associerade med lokaliserade plasmonresonanser i metallnanoantenner och sedan i samband med multipolära resonanser av Mie-typ i dielektriska nanostrukturer. I denna övergång till nanoskalan har fasmatchningens roll ersatts av den för närfältsresonanser som förekommer i öppna icke-hermitiska nanostrukturer.

Inom det nya området för olinjära meta-ytor, för vilket namnet olinjär meta-optik har föreslagits, har dielektriska implementeringar gett den högsta olinjära generationens effektivitet:först med tredje övertonsgenerering i amorfa eller kisel-på-isolatorplattformar, och sedan med andra harmonisk generering och spontan parametrisk nedkonvertering i icke-centrosymmetriska material som III-V-halvledare och litiumniobat. På senare tid blev det vetenskapliga samfundet också intresserad av vågfrontsformningen av de harmoniska fälten, allt från enkla meta-gitter och meta-linser till olinjär generering av komplexa meta-hologram och specialstrålar.

Författarna till denna artikel granskar de senaste framstegen inom olinjär optik med dielektriska metasytor, med fokus på den paradigmatiska effekten av generering av andra övertoner. De diskuterar de mest använda tekniska plattformarna som låg till grund för sådana framsteg och analyserar olika kontrollmetoder. Deras uppsats börjar med en introduktion om ämnet ickelinjär generering i "Mie"-resonatorer med subvåglängd, och pekar på de viktigaste merittalen för en hög effektivitet i icke-hermitiska system. Sedan överblickar de de viktigaste tillvägagångssätten som antagits under de senaste åren för att kontrollera eller öka harmonisk generering i metasytor. De jämför slutligen sina prestationer med andra väletablerade teknologier, illustrerar den senaste tekniken och räknar ut några scenarier där dessa enheter snart kan erbjuda oöverträffade möjligheter. I deras slutsats framträder två möjliga utsikter för den snabbt framväxande domänen av dielektriska olinjära metasytor.

Å ena sidan, att tillgripa kopplade nanoantenner och kollektiva resonanser verkar vara den klokaste strategin för att maximera olinjär generering. Men även de metasytor som uppvisar de största kvalitetsfaktorerna är storleksordningar mindre effektiva än de andra plattformarna. Detta resultat härrör från det faktum att hittills har de flesta studier som antagit detta tillvägagångssätt fokuserat på skapandet av en enda hög-Q-resonans kring FF. Istället måste man förvänta sig att ett sådant gap med andra teknologier kan fyllas med en noggrann design som ger en bra balans mellan fritt utrymmeskoppling och modkvalitetsfaktorer, samtidigt som man implementerar ett dubbelresonanstillstånd och optimerar den olinjära överlappningsintegralen.

Å andra sidan representerar låg-Q-antenner en verklig paradigmändring med avseende på både styrda strukturer och fotoniska kristaller. Deras för närvarande lägre olinjära genereringseffektivitet uppvägs till stor del av spännande möjligheter som sträcker sig från dynamisk avstämning av individuell
metaatomemission till pulsformning, bredbandsparametriska enheter, ickelinjär bildbehandling, vågfrontsformning och metaholografi. Deras snabba utveckling stöds för närvarande av pågående framsteg inom nanotillverkning, nya lovande olinjära material som TMDC och både analytiska och numeriska metoder för att modellera olinjär generering i läckande kaviteter. Förbättringen av sådana matematiska verktyg verkar vara särskilt viktig för icke-intuitiv design och optimering av nanoresonatorer i mycket flera lägen.

Baserat på de imponerande prestationerna för denna nya gren av olinjär optik, är det rimligt att förvänta sig att en ny klass av olinjära fotoniska metaenheter kommer att uppstå under de kommande åren, för höghastighetsväxling, intrasslade fotonkällor, superkontinuumgenerering och olinjär bildbehandling. + Utforska vidare

Öka generationen av andra övertoner med TMDs monolager