Broadband sum frequency generation via chirped quasi-phase-matching
提出了一种利用两个共线光学参量过程ω3=ω1+ω2和ω4=ω1+ω3产生宽带和频的方法。该技术使用啁啾准相位匹配光栅，在非耗尽泵浦近似下，使SFG类似于量子物理中具有交叉能量的三态系统中的绝热布居转移。如果非周期极化准相位匹配的局部调制周期%首先使ω3的相位匹配发生，然后使ω4的SFG过程发生相位匹配，则能量被转换为ω4场。ω4场的有效SFG也可以通过本地调制扫描的相反方向来实现;然后ω3场的瞬态SFG被大大降低。这些特征中的大多数在耗尽泵的非线性区域中仍然有效。
2011-11-05 physics.optics quant-ph
Complete and robust energy conversion by sum frequency generation based on Invariant Engineering
提出了一种基于Lewis-Riesenfeld不变量理论的和频发电能量完全转换的解析方法。该技术源于量子力学中的二能级原子跃迁，比传统的方法更有效和鲁棒。在我们的方案中，建立了准绝热单控制参数模型，并选择了单控制参数的值，使初始本征态完美地转换为我们所需要的最终本征态。对应于非线性频率转换过程，非线性晶体结构的设计与最优控制理论的逆工程，这是对耦合系数和相位失配的扰动，包括泵浦光强度和晶体偏振周期的变化是鲁棒的，并导致几乎100%的转换效率在任何晶体长度。结果表明，当晶体长度L=1 mm时，可在2.6 μm ~ 3.6 μm波长范围内实现频率转换，转换效率大于50%的光谱带宽接近400 nm。
2022-06-29 physics.optics quant-ph
Influence of multi-line CO laser focusing on broadband sum-frequency generation in ZnGeP2
通过实验和数值模拟研究了多线CO激光聚焦对ZnGeP2非线性晶体宽带和频产生光谱特性的影响。实验上观察到多谱线CO激光器的最大频率转换，而不是单线CO激光器的紧聚焦。紧密聚焦导致加宽和频产生频谱并增加总的（即在频谱上积分的）频率转换效率。这些影响是由于增加相位匹配带宽和角色散。数值计算表明，多谱线CO激光器的最大转换效率发生在0.4倍于单线的焦距处。
2017-02-14 physics.optics
Visible blue-to-red 10 GHz frequency comb via on-chip triple-sum frequency generation
在片上氮化硅波导中，通过组合光谱展宽和三重和频率产生来产生宽带可见蓝到红，10 GHz重复率频率梳。超短脉冲的150 pJ脉冲能量，通过电光调制的1560 nm的连续波激光器产生的，耦合到氮化硅波导引起的宽带近红外超连续谱。波导内部的模式相位匹配允许近红外超连续谱到可见光波长范围的直接三重和频率转移，该可见光波长范围覆盖从低于400 nm到高于600 nm波长的超过250 THz。该方案将成熟的光通信波段技术直接连接到可见光波段，可以应用于天文光谱仪校准以及连续波激光器的参考。
2019-08-14 astro-ph.IM physics.optics
A new chiral electro-optic effect: Sum-frequency generation from optically active liquids in the presence of a dc electric field
我们报告了和频信号的观察结果，该信号线性依赖于所施加的静电场，并且随着光学活性溶液的旋向性而改变符号。这种最近预测的手征电光效应在电偶极近似下存在。静态电场产生电场诱导的和频信号（非手性三阶过程），其在二阶处干扰手性特定的和频。在静电场中线性的交叉项构成了这种效应，可以用来确定各向同性介质中二阶和三阶非线性光学极化率的绝对符号。
2003-06-24 physics.chem-ph physics.optics
Detection of high-power two-mode squeezing by sum-frequency generation
我们引入和频产生（SFG）作为一种有效的物理双光子探测器的高功率双模压缩相干态的任意频率分离，所产生的参量振荡器远高于阈值。利用“集体模”的形式，我们描述了双模压缩和退化压缩的平等地位，并得出简单的输入压缩度和测量的SFG正交噪声之间的关系。我们比较建议的SFG检测标准零差测量，并显示在鲁棒性检测效率低下（SFG光子的损失）和接受带宽的优势。
2012-08-14 physics.optics
Proposal for noise-free visible-telecom quantum frequency conversion through third-order sum and difference frequency generation
可见光和电信之间的量子频率转换（QFC）是基于光纤的量子网络中长距离连接量子存储器的关键功能。用于链接这种宽分离频率的当前QFC方法，诸如和/差频产生和四波混频布拉格散射，易于受到来自泵浦激光器的宽带噪声的影响。为了解决这个问题，我们建议使用三阶和/差频率生成（TSFG/TDFG）的上变频/下变频QFC接口。在这个过程中，两个泵浦光子将它们的能量和动量结合起来，在可见光和电信波段之间进行频率转换，用长波长泵浦光子桥接一个大的光谱间隙，这从噪声的角度来看特别有益。我们表明，波导耦合的氮化硅微腔谐振器可以设计为有效的QFC之间的606 nm和1550 nm，通过1990 nm的泵浦通过TSFG/TDFG。我们模拟了器件的色散和耦合，并从模拟的参数估计，在50 mW的泵浦功率下，频率转换可以是有效的（> 80%）。我们的研究结果表明，基于微谐振器的TSFG/TDFG是有前途的紧凑，可扩展的，低功耗的QFC跨越大的光谱间隙。
2020-10-14 physics.optics
Sum-Frequency Signals in 2D-Terahertz-Terahertz-Raman Spectroscopy
我们证明了卤代甲烷的2D-TTR光谱是由沿$f_1$的仪器响应函数（IRF）的复杂结构和沿$f_2$的分子相干性决定的。实验改进有助于提高测量的分辨率和动态范围，包括精确的THz脉冲形状表征。和频激励卷积的IRF被发现定量再现的2D-TTR信号。一个新的减少密度矩阵模型，其中包括和频路径，与线性和谐波算子完全支持这种（重新）解释的二维TTR光谱。
2020-07-16 physics.chem-ph physics.optics
Surface phonon polariton resonance imaging using long-wave infrared-visible sum-frequency generation microscopy
我们实验证明长波红外-可见光和频产生显微镜成像偏振共振的红外（IR）纳米光子结构。这种非线性光学方法提供了直接访问的极化近场的共振场增强，而空间分辨率是有限的可见和频信号的波长。作为一个概念验证，我们在这里研究的周期性阵列的亚衍射纳米结构的4H-碳化硅支持本地化的表面声子极化激元。通过空间扫描紧密聚焦的入射光束，我们观察到良好的灵敏度的和频信号的共振极化激子场增强，与可见光激光的焦点尺寸确定的空间分辨率大大提高。然而，我们报告说，紧聚焦也会导致样品损坏，最终限制了扫描探针方法可实现的分辨率。作为一种克服这种限制的方法，我们讨论了使用宽场和频产生显微镜作为一种通用的实验工具，将提供远低于红外衍射极限的空间分辨率的长波红外超分辨率显微镜的概念。
2019-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Temporal shaping of narrow-band picosecond pulses via non-colinear sum-frequency mixing of dispersion-controlled pulses
光阴极电子源长期以来追求的目标是通过对入射激发激光脉冲进行时间整形来提高性能。窄带宽、短波长和皮秒脉冲持续时间使得采用传统的光谱脉冲整形技术具有挑战性。本文提出了一种新颖有效的强度包络整形技术，该技术是在非线性上变频过程中通过对啁啾和频混频实现的。我们还提出了一个数值的情况下，LCLS-II的光电注入器的横向电子发射率提高了至少25%。
2021-11-29 physics.acc-ph physics.optics
Group and phase velocity mismatch fringes in triple sum-frequency spectroscopy
在光谐波产生中，群速度和相速度失配的影响是众所周知的，但非简并情况下仍然没有探索。在这项工作中，我们开发了一个分析模型，预测非简并三重和频混频，TSF的速度失配的影响。我们验证这个模型实验使用两个可调谐，超快，短波红外激光器，以证明从500 $μ$ m厚的蓝宝石板的TSF输出的光谱条纹。我们发现TSF的谱依赖性强烈依赖于输入和输出场之间的相速度和群速度差。我们定义了实用的策略，以减轻速度不匹配的影响。
2017-12-02 physics.optics
Optical sum-frequency generation in whispering gallery mode resonators
我们演示了和频产生的非线性回音壁模式谐振器之间的电信波长和Rb D2线，通过自然相位匹配。由于腔的强光场限制和超高Q，与现有的基于波导的器件相比，我们实现了1000倍的转换效率增强。实验数据与非线性动力学和相位匹配理论相一致。实验和理论结果指出了一个新的平台，以操纵光波的颜色和量子态的应用，如基于原子存储器的量子网络和逻辑操作与光信号。
2013-07-25 physics.optics
Sum frequency generation from touching wires: A transformation optics approach
我们利用变换光学来研究从奇异几何形状的接触等离子体激元线的解析非线性波混合。我们得到的近场的解析解，并补充它与远场特性的解决方案。我们发现，有点令人惊讶的是，最佳的效率（在两个制度）获得的退化情况下的二次谐波产生。我们利用得到的解析解来跟踪这种行为的空间重叠的输入字段附近的几何奇异性。
2020-11-17 physics.optics
The Prevailing Role of Hotspots in Plasmon-Enhanced Sum-Frequency Generation Spectroscopy
通过调节可见光入射波长，系统研究了金纳米粒子表面非线性振动和频光谱的等离子体激元放大。十二硫醇涂层的金纳米粒子化学沉积在硅上的SFG光谱记录为20个可见波长。从实验测量中提取的硫醇甲基伸展的振动强度随着SFG过程的可见颜色而变化，并通过耦合到等离子体显示放大。由于增强是最大的橙红色区域，而不是在绿色中，从表面等离子体共振的偶极模型的预期，它主要是由于在粒子多聚体中创建的热点，尽管它们的表面密度低。
2019-11-01 physics.optics
Triply-Resonant Sum Frequency Conversion with Gallium Phosphide Ring Resonators
我们展示了准相位匹配，三倍频谐振和频率转换在10.6微米直径的集成磷化镓环形谐振器。在饱和泵浦功率下，从1536 nm和1117 nm波长到647 nm波长的小信号光波导功率转换效率为8%/mW，绝对功率转换效率为6.3%。对于互补差频产生过程，单光子转换效率为7.2%/mW，从可见光到电信预计与优化耦合的谐振器。从可见光到电信的有效转换将促进来自固态发射器（如金刚石NV中心）的自旋纠缠光子的长距离传输，从而实现量子网络的长距离纠缠。
2022-08-16 physics.app-ph physics.optics
High-resolution Collinear Chiral Sum Frequency Generation Microscopy by Using Vectorial Beam
在手性和频产生（C-SFG）中，$χ^{(2)}$的手性性质要求所涉及的三个电场是成对不平行的，导致传统的非共线配置，这是实现衍射极限分辨率的障碍，同时将其用作无标记成像对比机制。在这里，我们提出了一个共线C-SFG（CC-SFG）显微镜模式，通过使用纵向z偏振矢量场。无标记的手性成像与增强的空间分辨率（约1.4倍的改善，在一个横向和纵向上的传统的非共线计划）被证明，提供了一个新的路径SFG显微镜的衍射极限分辨率映射手性。
2016-12-06 physics.bio-ph physics.optics
Infrared super-resolution wide-field microscopy using sum-frequency generation
可见光区的超分辨率显微镜在多个学科中是一种公认的强大工具。然而，在红外（IR）光谱范围内，迄今为止还没有类似的方案得到证明。在这项工作中，我们实验证明超分辨率显微镜在红外范围内（$λ_{IR}\approx 10-12\,μ$ m）使用红外可见和频产生。我们操作我们的显微镜在宽场计划和图像局部表面声子极化激元在4 H-SiC纳米结构作为一个概念验证。通过这种技术，我们证明了增强的空间分辨率的$\simλ_{IR}/9$，能够解决在个别的亚衍射纳米结构与亚波长间隔的极化激元共振。此外，我们表明，这种分辨率允许区分与不同的极化激元模式在个别纳米结构的空间图案。
2021-12-15 physics.optics
Toy model of harmonic and sum frequency generation in 2D nanostructures
物质的光学非线性通常与单个原子的响应有关。在这里，使用一个玩具振荡器模型，我们表明，在一个二维介电纳米粒子的有限的几何形状的原子阵列的集体非线性响应可以产生从库仑相互作用的束缚光学电子，即使个别原子表现出没有非线性。我们确定的多极贡献的非线性响应的纳米粒子和证明，奇数阶和偶数阶的非线性电偶极矩的规模与纳米粒子的面积和周长，分别。
2021-09-21 physics.optics
Ultrafast control over chiral sum-frequency generation
提出利用和频产生与三次谐波产生干涉的超快全光学手性识别方法，通过塑造亚光周期激光场实现对映体一亮一暗，达到低阶非线性手性灵敏度极限。
2023-06-08 physics.optics
Multidimensional Triple Sum-Frequency Spectroscopy of MoS2 and Comparisons with Absorption and Second Harmonic Generation Spectroscopies
三重和频（TSF）光谱学是近年来发展起来的一种通过共振激发多个振动态和电子态的量子相干性来收集多维光谱的方法。这项工作报告的第一个应用程序的TSF的电子状态的半导体。两个可独立调谐的超快脉冲激发二硫化钼薄膜的A、B和C特征。所测得的TSF光谱与吸收光谱和二次谐波产生光谱有明显不同。这些差异是由于跃迁时刻和联合态密度的相对重要性而产生的。我们开发了一个简单的模型，并全局拟合的吸收光谱和谐波产生光谱提取的联合态密度和跃迁矩从这些光谱。我们的研究结果验证了以前的分配的C功能的一个大的联合密度的状态创建的频带嵌套。
2018-08-21 physics.optics
Pump-triple sum-frequency-probe spectroscopy of transition metal dichalcogenides
三重和频（TSF）光谱学通过共振激发振动和电子态的多个量子相干性来测量多维光谱。在这项工作中，我们展示了泵TSF探测光谱，其中泵激发样品和一段时间后，三个额外的电场产生的探测场进行测量。我们展示了泵浦TSF探测光谱多晶，光滑，薄膜和螺旋纳米结构的二硫化钼和WS 2。泵浦-TSF-探测光谱定性地类似于更常规的瞬态反射光谱。虽然瞬态反射灵敏度在低表面覆盖率下受到影响，但泵浦-TSF-探针灵敏度与样品覆盖率和纳米结构形态无关。我们的研究结果表明，泵浦-TSF-探针是一种有价值的研究微观材料系统的方法。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spectral narrowing of a phonon resonance in time-domain sum-frequency spectroscopy
本研究利用自由电子激光器的可调谐皮秒红外脉冲，通过红外-可见振动和频生成光谱学，在频域和时域探测了4H-SiC的非线性光学响应，发现通过在红外和可见上转换脉冲间引入时间延迟可实现声子SFG共振的光谱窄化。
2023-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Molecular stochastic process on gold surface observed in broadband-infrared, background-suppressed, sum frequency generation spectroscopy: picosecond heat transfer to self-assembled monolayers
利用泵浦-探测、宽带红外、背景抑制和振动和频产生光谱研究了十八烷基硫醇在金表面自组装单层膜的皮秒热响应。从末端甲基C-H伸缩振动的强度动力学，其特征在于响应于闪热的取向波动。强度下降（5.7 +/- 1.3 ps）的不对称模式表明，在多个轻物质相互作用的分子构象的随机过程。在二阶极化率的旋转项中加入扭转扩散，解释了实验表面温度增量比二面角激活能（~15 K）小两个数量级的原因。
2014-05-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
