光學(xué)的主要目標(biāo)之一就是控制與約束光的傳播。從歷史上看，光學(xué)的進(jìn)步始于笨重的透鏡和反射鏡的發(fā)展，然后是棱鏡和光柵等。隨著衍射極限接近時(shí)，這些器件的改進(jìn)會(huì)逐漸停止。納米光子學(xué)的目標(biāo)是在亞波長(zhǎng)尺度上操縱電磁波，從而超越這一極限。制造技術(shù)、數(shù)值工具和理論模型的最新發(fā)展為具有前所未有性能的新器件開(kāi)辟了道路。

光學(xué)超表面是光學(xué)天線陣列，具有亞波長(zhǎng)尺寸和分離。它們代表了平面光學(xué)的原始概念，沒(méi)有經(jīng)典的類似物。它們?cè)试S光學(xué)元件的最終小型化，以及迄今為止不可能實(shí)現(xiàn)的新功能的推動(dòng)者。在過(guò)去的二十年中，超表面的光學(xué)性質(zhì)在線性狀態(tài)下得到了深入研究，具有金屬或非晶態(tài)介電納米結(jié)構(gòu)。

近年來(lái)，非線性平面光學(xué)受到越來(lái)越多的關(guān)注，頻率轉(zhuǎn)換效應(yīng)首先出現(xiàn)在金屬納米天線中的局域等離子體共振，然后出現(xiàn)在介電納米結(jié)構(gòu)中的mie型多極共振。在向納米尺度的轉(zhuǎn)變中，相位匹配的作用已經(jīng)被出現(xiàn)在開(kāi)放非厄米納米結(jié)構(gòu)中的近場(chǎng)共振所取代。

在非線性超表面的新領(lǐng)域中，非線性超光學(xué)的名稱已被提出，介電實(shí)現(xiàn)提供了最高的非線性產(chǎn)生效率：首先在非晶或絕緣體上硅平臺(tái)中產(chǎn)生三次諧波，然后在非中心對(duì)稱材料（如III-V半導(dǎo)體和鈮酸鋰）中產(chǎn)生二次諧波和自發(fā)參數(shù)下變頻。最近，科學(xué)界也對(duì)諧波場(chǎng)的波前整形產(chǎn)生了興趣，從簡(jiǎn)單的元光柵和元透鏡到復(fù)雜元全息圖和特殊光束的非線性生成。

本文作者綜述了近年來(lái)利用介電超表面的非線性光學(xué)技術(shù)的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了二次諧波產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng)。他們討論了支持這些進(jìn)步的最常用的技術(shù)平臺(tái)，并分析了不同的控制方法。他們的論文首先介紹了亞波長(zhǎng)“Mie”諧振器中的非線性生成主題，指出了非埃爾米特系統(tǒng)中高效率的主要優(yōu)點(diǎn)。然后，他們概述了近年來(lái)用于控制或促進(jìn)超表面諧波產(chǎn)生的主要方法。他們最終將自己的表現(xiàn)與其他成熟的技術(shù)進(jìn)行了比較，說(shuō)明了當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)，并找出了這些設(shè)備可能很快提供前所未有的機(jī)會(huì)的一些場(chǎng)景。在他們的結(jié)論中，對(duì)于迅速出現(xiàn)的介電非線性超表面領(lǐng)域，出現(xiàn)了兩種可能的前景。 

一方面，訴諸耦合納米天線和集體共振似乎是最大化非線性產(chǎn)生的最明智的策略。然而，表現(xiàn)出最大質(zhì)量因素的超表面也比其他平臺(tái)的效率低數(shù)量級(jí)。這一結(jié)果源于迄今為止大多數(shù)采用這一方法的研究，集中于圍繞FF產(chǎn)生單個(gè)高Q共振。相反，我們期望這種與其他技術(shù)的差距可以通過(guò)精心的設(shè)計(jì)來(lái)填補(bǔ)，在自由空間耦合和模態(tài)質(zhì)量因子之間提供良好的平衡，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙共振條件和優(yōu)化非線性重疊積分。

另一方面，低Q值天線代表了制導(dǎo)結(jié)構(gòu)和光子晶體范式的真正變化。它們目前較低的非線性生成效率在很大程度上被從單個(gè)元原子發(fā)射的動(dòng)態(tài)可調(diào)性到脈沖整形，寬帶參數(shù)器件，非線性成像，波前整形和元全息的有趣可能性所抵消。它們的快速發(fā)展目前得到了納米制造的持續(xù)進(jìn)展，新的有前途的非線性材料（如TMDC）以及模擬泄漏腔中非線性生成的分析和數(shù)值方法的支持。這種數(shù)學(xué)工具的改進(jìn)對(duì)于高度多模納米諧振器的非直觀設(shè)計(jì)和優(yōu)化似乎尤為重要。

基于非線性光學(xué)這一新分支的令人印象深刻的成就，可以合理地預(yù)期未來(lái)幾年將出現(xiàn)一類新的非線性光子元器件，用于高速開(kāi)關(guān)，糾纏光子源，超連續(xù)體生成和非線性成像。

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