在过去几十年中，三倍频的实现一般都是依赖于具有高非线性的体材料，但它的长相互作用长度,限制了它的应用。硅超表面为解决这一难题提供了新的思路，利用“trapped mode”原理，可以将光场限制在硅纳米结构中，实现局域电场的增强，从而提升三倍频的转换效率。

武汉光电国家实验室先进纳米光子学与集成研究小组的汪毅副教授带领的研究小组设计了一种由对称的纺锤形纳米结构阵列所组成的硅超表面，成功实现了三倍频的增强。依赖于硅超表面高品质因子的法诺谐振效应，通过实验证明了三倍频的转换效率相较于体硅而言可以有300倍左右的增强。通过调节入射光的偏振角度，三倍频的最大消光比可以达到将近25dB。

2016年8月22日，该研究成果以论文“Enhanced third harmonic generation in a silicon metasurface using trapped mode，”发表在Optics Express (vol. 24, no. 17, pp. 19661-19670, 2016)。该研究获得了国家自然科学基金 (No.60806016, No.61177049, No.11304365)和国家重点基础研究发展计划(No.2012CB922103,No.2013CB933303)的支持。

图1.硅超表面中三光子转换的示意图

图2.（a）泵浦光的频谱；（b）蓝绿色三倍频光；（c）在不同偏振角下三倍频增强的频谱图；（d）测出的归一化三倍频信号（红色棱形）和仿真结果（蓝色虚线）以及理论方程（黑色实线）有较好的拟合。