紫外光子学在光谱分析、精密制造、生物成像、光通信等领域具有不可替代的重要作用。然而，开发高效、紧凑的紫外光源，特别是基于非线性频率转换的紫外谐波光源，一直面临巨大挑战。传统的非线性晶体受限于相位匹配条件，难以在微纳尺度实现高效转换；而基于高折射率半导体的超表面则因其在紫外波段的高光学吸收而效率受限。近期，陈峰教授团队在全介质非线性超表面研究领域取得突破。团队通过创新的精密加工技术，成功实现了基于LiTaO₃单晶薄膜（LTOI）和LiNbO₃单晶薄膜（LNOI）的高质量光学超表面，并利用独特的导模共振（GMR）设计策略，显著增强了光场局域和非线性相互作用，最终实现了创纪录的高转换效率紫外二次谐波产生（SHG）。具体成果如下：

进展一：基于LTOI超表面的高效紫外谐波产生

LiTaO₃具有较宽的带隙和较高的光学损伤阈值，是紫外非线性光学的理想候选材料。然而，其极高的化学稳定性和硬度使其高质量纳米加工极为困难。陈峰教授团队创新性地优化了聚焦离子束（FIB）加工工艺，结合Cr掩模和多步刻蚀策略，成功克服了离子束散射和样品漂移的技术瓶颈，在LTOI平台上实现了高质量的纳米柱阵列超表面。在此基础上，利用部分刻蚀LTOI薄膜形成的周期性阵列引入离散平移对称性，将原本束缚在波导层中的导模色散折叠到第一布里渊区，形成高品质因子的导模共振（GMR），实现了显著的紫外SHG增强，其转换效率达到0.042%，远超此前报道的介质超表面在相似波长下的SHG效率。研究成果以“Lithium tantalate resonant metasurfaces for highly efficient ultraviolet harmonic generation”为题发表于Applied Physics Reviews 12, 031404 (2025)，并被编辑遴选为优选论文（Featured Article），永利集团3044am官方入口博士研究生高思滢、王焯群、永利集团3044am官方入口鲁宁研究员为该工作的共同第一作者，英国Nottingham Trent University徐雷副教授、永利集团3044am官方入口贾曰辰教授和陈峰教授为该工作的共同通讯作者，永利集团3044am官方入口为第一作者单位和通讯作者单位。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0258436

图一、钽酸锂超表面的制备流程、结构设计示意图及SEM和AFM照片。

进展二：基于LNOI超表面强耦合导模共振的高效紫外谐波产生

LiNbO₃以其优异的电光和非线性光学特性闻名，但其相对较低的折射率和纳米加工的挑战限制了其超表面在紫外高效谐波产生中的应用。陈峰教授团队利用FIB精密加工工艺，成功制备了基于LNOI的纳米盘阵列超表面。团队采用了独特的“分步加工+拼接”策略：将大面积超表面划分为多个子区域分别进行高精度FIB刻蚀，然后精确拼接而成。这种策略有效克服了长时间FIB加工中的样品漂移问题，并显著增大了有效相互作用面积，这对于最大化导模共振的Q因子和增强非线性效应至关重要。在此基础上，利用纳米盘阵列作为微扰层，并通过精心设计使两个光谱邻近的GMR发生强耦合，提升局域场增强效应，并实现了创纪录的高效率紫外SHG，转换效率高达0.136%，进一步提升了介质超表面紫外谐波产生的效率上限。研究成果以“Highly Efficient Ultraviolet Harmonic Generation Based on Coupled Guided Mode Resonances in Lithium Niobate Metasurfaces”为题发表于Laser & Photonics Reviews, e01010 (2025)，永利集团3044am官方入口博士研究生王焯群为该工作的第一作者，永利集团3044am官方入口鲁宁研究员、贾曰辰教授和陈峰教授为该工作的共同通讯作者，永利集团3044am官方入口为第一作者单位和通讯作者单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202501010

图二、铌酸锂超表面的非线性紫外谐波产生增强及其共振模式分析。

该研究克服了传统介质材料在紫外波段的高损耗和纳米加工难题，不仅为紧凑型紫外光源的开发提供了新思路，其提出的部分刻蚀结构、拼接技术和强耦合共振策略，有望为高效非线性光子器件研制开辟新的通用技术路径。

该研究获得了国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目、山东省泰山学者攀登计划、永利集团3044am官方入口齐鲁青年学者计划等科研项目的资助以及济南晶正电子科技有限公司（NANOLN）的支持。