非线性光学是现代光学的一个重要分支,主要研究介质在强光作用下产生的非线性效应。激光问世后,非线性光学得到了大力发展,并广泛应用于高速信号处理,全光逻辑操控等多个领域。光学三倍频(Third Harmonic Generatrion,THG)是一种光学非线性效应,最早在体材料中产生。THG的转换效率有多个影响因素,如体材料的非线性极化率、泵浦光的强度、光与物质的相互作用长度及相位匹配方式等。此外,用体材料产生THG需要精密的空间光学调节系统,稳定性不佳,导致THG的应用受到限制。超表面是一种亚波长尺寸的微纳结构,其电磁场的近场增强效应可显著提高光与物质作用强度。采用微纳结构的超表面,即可在较低泵浦光功率下实现THG。早期,人们已经在金属纳米颗粒和金属介质混合纳米颗粒等超表面上实现了THG。但金属存在极大的热损耗,使得THG的转化效率不高。相较于金属材料,硅在光通信波段的线性损耗小,加工工艺符合CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)流程,是超表面的理想材料之一。我们设计了一种具有高品质因子的硅超表面结构,它由对称的纺锤形硅纳米颗粒(Silicon Nanoparticles,SNPs)排列而成。这种超表面的磁谐振可以使光场紧紧地束缚在硅结构中,极大地增强局域电场,从而提高硅的三阶非线性效应。我们实验证明了超表面结构的THG转换效率大约要比平板硅高出300倍。此外,我们还发现THG的转换效率与泵浦光的偏振有关。通过调节入射光的偏振角度,其最大偏振消光比可达25 dB。通过理论分析及对实验结果的拟合,我们得出THG的转换效率与偏振角的余弦三次方函数成正比,可用来检测入射光的偏振角度。