Confinement-Induced Nonlocality and Optical Nonlinearity of Transdimensional Titanium Nitride in the Epsilon-Near-Zero Region
本研究发现跨维钛氮在介电近零区域表现出显著增强的非线性吸收，揭示其作为高效非线性光学平台的潜力。
2025-12-17 physics.optics
Photon-pair production at the nanoscale with hybrid nonlinear/plasmonic antennas
光子对纳米粒子的集成是量子技术的一个重大挑战。在这种情况下，我们开发了一种形式主义的自发参数下转换的混合结构，结合等离子体共振和固有的非线性的调查。使用量子和数值的方法，我们定量评估现实的实验配置的光子对相关测量。嵌入小纳米晶体的混合结构允许与单独的相同光子晶体相比，光子对产生的$10^{3}$倍数增加，并且光子对产生效率接近迄今为止的最佳源。
2018-06-21 physics.optics
Epoxy-inspired Nonlinear Interface Integrating Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides with Linear Plasmonic Nanosieves
虽然TMDC单层膜在几埃的厚度内提供巨大的光学非线性，但仍然难以调制和设计非线性发射的波前。高质量单层的晶粒尺寸也限制了经典光源赋予相位和振幅的不均匀或梯度分布的可能性。等离子体纳米筛可以支持巨大的场增强和精确的非线性相位控制，具有数百纳米像素级的分辨率，但它们具有固有的弱非线性极化率。在自然界中，环氧树脂代表一种强力胶，其神奇的粘合力来自两种内在的松散和非粘性树脂的粘合。受环氧树脂性质的启发，我们报道了一种多功能和强大的非线性界面，通过将过渡金属二硫属化物（TMDC）单层与线性等离子体纳米筛相结合，这两种成分都无法访问。我们实验证明轨道角动量（OAM）的产生，光束转向，多功能偏振控制和全息图和SH发射，与建议的非线性接口。此外，对于这样的系统，获得了~25 nm/V的有效二次谐波（SH）非线性\c{hi}（2）。该设计平台协同TMDC单层，等离子体纳米筛，几何相位和场增强的互补优势，为设计师，多功能和超紧凑的非线性光学器件铺平了独特的道路。
2019-05-27 physics.optics
Extreme Terahertz Nonlinearity of AlGaN/GaN-based Grating-Gate Plasmonic Crystals
该研究提出利用光栅门等离激元晶体共振激发二维等离激元以增强太赫兹非线性，通过泵浦-探测技术观测到高达45%的相对透过率及超快弛豫，并建立非线性模型揭示机制，证明AlGaN/GaN在超快THz调制中具巨大潜力。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Origin of optical nonlinearity in plasmonic semiconductor nanostructures
本文通过实验和流体动力学建模证明重掺杂半导体中的自由电子非线性效率可比传统电介质高几个数量级，并可通过调节掺杂水平控制非线性效率及其光谱位置，为全半导体光子集成电路中的等离子体非线性应用奠定基础。
2024-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Third-order nonlinearity by the inverse Faraday effect in planar magnetoplasmonic structures
我们预测了由逆法拉第效应（IFE）引起的平面磁等离子体结构中表面等离子体激元（SPP）的一种新的超快三阶非线性。具有显著的电场纵向分量的平面SPP经由IFE充当有效的横向磁场。它对等离子体传播的响应导致强烈的超快自作用，这通过三阶非线性表现出来。从洛仑兹互易定理出发，导出了两种特殊平面磁等离子体结构的IFE相关非线性极化率的一般公式和解析表达式。我们的估计预测一个非常大的非线性三阶非线性极化率超过那些典型的金属，如金。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Analytical model for nonlinear response of carbon nanotubes enhanced by a plasmonic metamaterial
我们提出了一个复杂的动力学分析模型描述的混合非线性系统的相互作用的碳纳米管（CNT）和等离子体超材料。我们的模型是基于一组耦合方程，它结合了完善的密度矩阵形式主义适用于量子系统（CNT被描述为一个两级系统）和谐波振荡器的方法理想的亚波长等离子体和光学谐振器建模。我们发现，碳纳米管的饱和非线性增加数倍的共振增强的近场的超材料。在我们的模型框架中，我们讨论了碳纳米管层的不均匀性（带隙值分布）对非线性增强的影响。它示出，Purcell效应是不可区分的场增强，并描述了相同的唯象常数。
2011-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electron spill-out effect on third-order optical nonlinearity of metallic nanostructure
在过去的三十年里，使用金属纳米结构的等离子体已经成为纳米光子学研究的核心。近年来，它的研究对象已扩展到非线性光学现象。在非线性状态下，量子力学效应，如纳米结构表面上的电子溢出，显着影响光学响应。量子流体动力学理论（QHT）是一个很有前途的基础上分析的非线性光学响应，包括量子力学效应。在这里，QHT被应用于计算球形金属纳米结构的三阶光学非线性。结果表明，如何电子溢出强烈影响等离子体共振和三阶光学非线性。
2022-04-27 physics.optics
Hysteresis assisted narrowband resonances in a chain of nonlinear plasmonic arrays
呈现窄带共振（NBR）的等离子体结构对于各种应用具有极大的兴趣。我们建议使用的非线性纳米谐振器的一维系统中的滞后行为，以实现NRB的非线性是由与纳米谐振器（纳米激光器/spaser配置）耦合的两级量子系统的饱和提供。量子点（QD）被假定为量子系统，其数值参数已被用于估计。损耗补偿对NBR质量的作用示出为低于（补偿下）和高于阈值（产生spasers）操作模式。幅度和相位检测方案的前瞻性实验实现比较使用开发的模型。可能的传感器为导向的应用所提出的系统进行了讨论。
2014-08-05 physics.optics
Surface Plasmonic Lattice Solitons in Semi-infinite Graphene Sheet Arrays
研究了半无限石墨烯片阵列中的表面等离子体晶格孤子。石墨烯的非线性抑制了表面等离子体的隧穿，同时入射功率必须大于阈值，才能形成表面孤子。由于表面等离子体激元（SPP）对石墨烯的强限制，表面等离子体激元的有效宽度可以压缩到~ 0.001λ的深亚波长尺度。基于表面PLS的稳定传播，我们发现通过降低入射功率或增加石墨烯的化学势，可以将光的传播从阵列边界切换到内部石墨烯片。该研究在深亚波长光开关中有着广阔的应用前景。
2016-11-21 physics.optics
Synthetic plasmonic lattice formation through invariant frequency comb excitation in graphene structures
由于输入场的修改和材料特性，纳米光子波导中的非线性表面等离子体激元~（NSPP）激发具有不同的时间特性，但它们具有相似的非线性光谱演化。在这项工作中，我们揭示了这种相似性的起源，并建立光谱动力学是一个固有的属性的系统，取决于合成尺寸，是超越波导几何维数。为此，我们设计了一种超低损耗的非线性等离子体波导，建立了表面等离子体频率梳的不变性和等离子体行波和Akhmediev呼吸子的相位奇异性。通过微调相互作用界面的非线性系数，我们揭示了等离子体系统的守恒条件，并利用量子NSPP场的平均值演化与薛定谔方程相当的方法计算了等离子体FCs~（PFCs）的光谱动力学.通过提供抑制的界面损耗和修改的非线性作为保守条件的双重要求，我们提出了激发PFC作为等间距不变量的等离子体方案，并证明了在相互作用界面内的NSPP的光谱动力学产生的等离子体模拟的合成光子晶格，我们称之为\textit{synthetic plasmonic lattice} ~（SPL）的形成。
2021-09-21 physics.optics
Ultrafast nonlinear dynamics of thin gold films due to an intrinsic delayed nonlinearity
利用长程表面等离子体激元，光可以在金属纳米波导中传输，从而实现超小型光电子器件。金是一种重要的等离子体波导材料，但尽管其线性光学特性已被相当好地理解，但其非线性响应仍在研究中。我们考虑脉冲在非线性薛定谔方程模拟的镀金条形波导中的传播。金的非线性响应占的双温度模型，揭示了它作为一个延迟的非线性内在的黄金。其结果是，所测量的非线性强烈依赖于脉冲持续时间。到目前为止，这个问题只被解决唯象，但我们提供了一个准确的估计的定量连接，以及一个唯象的理论来理解增强的非线性响应的黄金厚度减少。与以前的工作相比，功率损耗方程的分析模型得到了改进，现在可以应用于高激光峰值功率的情况。我们展示了新的适合文献中的实验数据，并提供了更新的值为实部和虚部的非线性极化率的金为各种脉冲持续时间和金层厚度。我们的模拟表明，非线性损耗抑制了与低功率激光脉冲的有效非线性相互作用。因此，我们建议设计适用于中红外的波导，其中有质动力瞬时非线性可以主导延迟热电子非线性，并为高效的超快非线性光学提供合适的等离子体平台。
2017-06-28 physics.optics
Origin of third harmonic generation in plasmonic nanoantennas
等离子体纳米天线最近被提出来增强非线性光学过程。在金属偶极纳米天线中，介电纳米颗粒被放置在间隙中，线性场增强可以被利用来增强三次谐波发射。由于金属和碳纳米管都表现出非线性，非线性远场包含来自每一个的贡献，并且不可能单独测量这些贡献，这导致了对非线性发射起源的看似矛盾的解释。我们确定，从金属-电介质偶极纳米天线的第三谐波的起源取决于纳米天线的设计，特别是，宽度。我们发现，从金的发射占主导地位，在薄的线状纳米天线，而从间隙材料的发射占主导地位，在更广泛的纳米天线。我们还发现，双极纳米天线比具有相同宽度的偶极子表现更好，并且由于其简单性，在许多应用中应该是优选的。
2016-10-25 physics.optics
Terahertz Nonlinearity in Graphene Plasmons
亚波长石墨烯结构支持太赫兹和中红外光谱范围内的局部等离子体共振。在共振频率处的强场限制被预测为显著增强光-石墨烯相互作用，这可以在原子薄的亚波长器件中实现低强度的非线性光学。到目前为止，石墨烯等离子体激元的非线性响应及其能量损失动力学尚未进行实验研究。我们测量和理论模型的太赫兹非线性响应和能量弛豫动力学的等离子体在石墨烯纳米带。我们采用太赫兹泵浦太赫兹探测技术在等离子体频率和观察等离子体吸收的强饱和，随后由10 ps的弛豫时间。与没有等离子体共振的未图案化的石墨烯相比，观察到的非线性增强了两个数量级。我们进一步提出了一个非线性等离子体吸收的热模型，支持实验结果。
2015-12-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fluorescence Excitation by Enhanced Plasmon Upconversion under Continuous Wave Illumination
我们证明了有效的无背景连续波非线性光学激发的分子，夹在不对称构造的等离子体金纳米粒子簇之间。我们观察到，近红外光子转换为可见光光子通过有效的等离子体激元二次谐波产生。我们的理论模型和模拟表明，法诺共振可能是负责能够观察到使用连续波光源的非线性转换。我们表明，通过耦合量子力学振荡器，如分子等的等离子体纳米结构的非线性增强可以是几个订单相比，他们的经典同行。
2016-06-12 physics.optics
Study of plasmonic slot waveguides with a nonlinear metamaterial core: semi-analytical and numerical methods
建立了两种不同的模型来研究横向磁稳态解在一维各向异性非线性等离子体结构中的传播，该结构由嵌入两个半无限金属包层之间的Kerr型非线性超材料芯制成。第一个模型是半解析的，在该模型中，我们假设各向异性非线性仅取决于电场的横向分量，并且非线性折射率修改与线性折射率修改相比较小。这种方法使我们能够推导出解析的雅可比椭圆函数的场分布和非线性色散关系。第二个模型是完全数值的，它是基于有限元法，其中所有的电场的分量被认为是在克尔型非线性没有假设的非线性折射率的变化。我们的有限元模型是有效的，超越弱非线性制度，推广了著名的单组分固定功率算法，通常使用。主要情况下的例子进行了研究，包括具有较强的空间非线性效应在低功率。通过在非线性超材料芯中使用增益介质来减少损耗问题。
2016-11-26 nlin.PS physics.comp-ph physics.optics
Surface polaritonic solitons and breathers in a planar plasmonic waveguide structure via electromagnetically induced transparency
提出了一种在由透明层、金属层和三能级原子介质层组成的平面等离子体波导结构中无耦合器激发表面极化激元孤子和呼吸子的方案。在所提出的系统中，增强的克尔非线性是通过在底部原子介质中的电磁感应透明（EIT），这可以通过适当的调制的频率失谐和拉比频率的驱动激光场来控制。这种非线性平衡了系统中的色散，从而为激发极化激元孤子提供了必要条件。结果，系统产生了横向自陷的亮、暗表面极化激元孤子，它们在金属和EIT介质的界面处被紧密引导。此外，我们调查的激发表面极化激元Akhmediev呼吸在金属EIT介质界面的建议系统。在所提出的平面等离子体波导结构中，通过适当地选择参数，实现了表面极化激元Akhmediev呼吸子的稳定传播。这种实验上可行的方案可能是非常重要的高度紧凑的纳米光子器件的光学制度的发展。
2019-06-05 physics.app-ph physics.optics
Pinned modes in lossy lattices with local gain and nonlinearity
我们引入了一个离散的线性有损系统与嵌入的“热点”（HS），即，一个网站进行线性增益和复杂的立方非线性。该系统可用于模拟光学或等离子体激元波导阵列，其中特定芯的选择性激发是可能的。以隐式解析形式构造了钉扎到HS上的局部模式，并对其稳定性进行了数值研究。在线性增益和立方增益/损耗的参数空间中获得了模式的稳定区域。一个重要的结果是，不饱和的立方增益和自散焦非线性的相互作用可以产生稳定的模式，虽然他们可能会不稳定的有限振幅扰动。另一方面，立方损耗和自散焦的相互作用产生了双稳态。
2012-09-14 physics.optics
Nonlinear graphene plasmonics: amplitude equation
利用麦克斯韦方程组的微扰展开，推导了石墨烯支撑的非线性TM和TE表面等离子体波的振幅方程。该方程描述了平面内光束衍射和非线性之间的相互作用，由于光强度诱导的石墨烯电导率和磁化率的修正。对于强局域TM等离子体，石墨烯被发现带来的整体非线性的优越贡献。相比之下，非线性响应的基板和包层的反射可以成为主导的弱本地化TE等离子体。
2013-01-27 nlin.PS physics.optics
Subwavelength Plasmonic Lattice Solitons in Arrays of Metallic Nanowires
我们从理论上预测了嵌入非线性介质中的金属纳米线阵列可以形成稳定的亚波长等离子体晶格孤子。金属纳米线的导模的严格限制，结合由金属表面处的增强场引起的强非线性，提供了平衡波衍射和PLS形成的主要物理机制。由于在各种等离子体系统中满足形成PLS所需的条件，我们期望这些非线性模式在亚波长纳米光子学中具有重要的应用。特别是，我们表明，亚波长PLS可用于光学操纵纳米精度的超紧凑光子系统中的功率流。
2010-04-07 nlin.PS physics.optics
Four-wave Mixing of Topological Edge Plasmons in Graphene Metasurfaces
我们研究了拓扑保护的四波混频（FWM）相互作用在等离子体元表面组成的周期性阵列的纳米孔在石墨烯片，表现出宽的拓扑带隙在太赫兹频率时，由静态磁场的时间反演对称性的破坏。我们表明，由于显着的非线性增强和大的寿命的石墨烯等离子体在特定的配置，拓扑带隙内的等离子体边缘态的四波混频相互作用的净增益可以实现与泵浦功率小于10 nW。特别地，我们发现有效波导非线性系数约为1.1 × 10^13 1/（Wm），即，比通常使用的高度非线性硅光子纳米线大十个数量级以上。这些发现为在量子通信和信息处理中开发超低功耗、高集成度和鲁棒的深亚波长有源光子系统铺平了新的道路。
2019-08-15 physics.optics
Controlling light-with-light without nonlinearity
根据惠更斯叠加原理，在线性介质中传播的光束将相互通过而不会相互干扰。事实上，人们普遍认为，用光控制光信号需要强激光场来促进非线性介质中的光束相互作用，其中叠加原理可以被打破。我们在这里证明，任意低强度的两个相干光束可以在纳米级厚度的超材料层上相互作用，使得一个光束调制另一个光束的强度。我们发现，光束的干涉可以消除光能量在超材料中的等离子体焦耳损失，或者相反，可以导致光的几乎全部吸收。这种现象的应用可能在于超快全光脉冲恢复器件、相干滤波器和太赫兹带宽逐光调制器。
2016-04-19 physics.optics
Ring-Like Solitons in Plasmonic Fiber Waveguide Composed of Metal-Dielectric Multilayers
我们设计了一种由纳米尺度同轴圆柱形金属-介质多层膜组成的等离子体光纤波导（PFW），并建立了相应的动力学方程，描述了介质层中克尔非线性的PFW中的传播模式。该物理过程与离散的矩阵非线性薛定谔方程相联系，在自散焦条件下，发现了可见光和近红外线的亚波长尺度的高限制环形孤子.此外，由于PFW的圆柱对称性，当增加输入光的强度时，可以进一步改善限制，这意味着环的宽度和半径都减小。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic and photonic crystal applications of a vector solver for 2D Kerr nonlinear waveguides
我们使用我们的矢量麦克斯韦的非线性本征模求解器来研究在二维截面的克尔非线性芯波导的稳态解。该求解器基于有限元法中的固定功率算法。首先，研究非线性等离子体缝隙波导，我们表明，即使在低功率制度，一维研究可能无法提供准确和有意义的结果相比，二维的。其次，我们研究了在高功率下非线性参数$γ_{nl}$和非线性传播常数$Δβ$的变化之间的联系。第三，对于一个特定类型的光子晶体光纤，我们表明，一个非平凡的带隙边缘和非线性之间的相互作用发生。
2018-01-11 physics.comp-ph physics.optics
Waveguide engineering of graphene's nonlinearity
石墨烯最近被证明具有巨大的非线性，然而，这种非线性的效用是有限的，由于高损耗和小的相互作用体积。我们发现，通过对石墨烯的非线性进行波导工程，我们能够显着增加非线性参数，并将开关光功率降低到亚瓦级。我们的设计利用了混合等离子体激元波导，并通过调节其费米能级来仔细操纵石墨烯的折射率。通过费米能级定制石墨烯基波导中的非线性参数的能力提供了待实现的非线性光学器件的范例。
2014-11-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhancement of third harmonic generation induced by surface lattice resonances in plasmonic metasurfaces
我们实验研究了由中心对称的金纳米棒组成的二维矩形晶格的等离子体超颖表面的三次谐波产生（THG）。通过改变入射角和晶格周期，我们展示了在所涉及的波长的表面晶格共振（SLR）是如何在确定的非线性效应的大小的主要贡献者。当我们以相同或不同的频率一起激发一个以上的SLR时，可以观察到THG的进一步提升。当这种多个共振发生时，观察到有趣的现象，例如沿超表面反向传播表面波的最大THG增强，以及模拟三阶非线性的级联效应。
2022-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spontaneous emission, collective phenomena and the efficiency of plasmon-stimulated photo-excitation
研究了自发和集体辐射对等离激元增强吸收的影响，发现其限制了吸收增强，仅在快速皮秒弛豫时才可实现，并揭示了高场强下的双稳态现象。
2024-07-24 physics.optics
Nonreciprocal transmission of electromagnetic waves with nonlinear active plasmonic metasurfaces
非互易性对于光学信息处理、全双工通信和保护敏感激光设备免受不必要的反射是重要的。然而，这是非常具有挑战性的，以获得强的非互易响应的光学频率，特别是当纳米结构被认为是。在这项工作中，我们解决了这个问题，展示了一个紧凑的双面等离子体元表面，作为一个新的非互易传输过滤器在近红外频率。所提出的纳米结构易于实际实现，因为它是由两个不同尺寸的银纳米带放置在一个介电间隔层的两侧。所引入的增益导致在线性操作制度中的异常点形成，其中由于损耗补偿而从所提出的非厄米特奇偶时间对称纳米尺度系统实现单向完美传输。当考虑其非线性响应时，所展示的等离子体超颖表面在纳米级上打破了洛伦兹互易定律，这主要是由于其空间非对称几何结构与增强的非线性相结合。在相对较低的输入光强下，实现了从相反方向具有单位透射对比度的强宽带非互易性。此外，具有显著对比度的非对称非线性三次谐波产生也由相同的非互易超颖表面设计示出。这项工作的结果可以导致实现各种新的自诱导非互易纳米光子配置，如集成超快开关，纳米保护涂层和非对称定向成像设备。
2022-12-05 physics.optics
Enhancing second harmonic generation using dipolar-parity modes in non-planar plasmonic nanocavities
在光子电路、量子光学和生物传感领域，人们迫切需要开发高效的纳米级非线性光源。为此，等离子体激元系统已被用于增强非线性信号生成，然而，用于实际应用的高效率频率转换仍然是一个挑战。金属-绝缘体-金属（MIM）纳米腔是用于在纳米尺度处强烈集中场以增强光学非线性的良好候选者，然而它们通常遭受在发射波长处具有四极共振的要求。在这里，我们介绍了非平面MIM纳米腔与非线性间隔，可以大大提高二次谐波产生（SHG），尽管具有相同的奇偶性的基本模式和发射模式。我们的实验和数值计算结果表明，这种增强是由于腔的非平面设计和间隔层的体非线性。
2019-05-09 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear optical switching in hybrid plasmonic waveguides
研究基于ITO在ENZ状态下巨大非线性的HPWG全光开关机制，数值求解非线性Maxwell方程并对比电门控，发现光泵浦更高效且透射率与相位呈阶跃式变化。
2023-09-06 physics.optics
Temporal nonlinear dynamics of plasmon-solitons, a Duffing oscillator-based approach
本文研究了等离子体波导中等离子体孤子的时间非线性动力学。Duffing方程被认为是控制等离子体波导的非线性振幅方程的时间部分。结果表明，Duffing振子波形代表了等离子体激元-孤子波的时间非线性动力学。洛伦兹型亮孤子和暗孤子能量的交换引起Fano共振。结果表明，孤子间的相互作用和等离子体孤子的形成具有内在的非线性。相应地指出，等离子体激元孤子的非线性调制可以通过调节等离子体激元波导的非线性来实现。
2020-12-29 nlin.PS physics.optics
Interplay of gain and loss in arrays of nonlinear plasmonic nanoparticles: toward parametric downconversion and amplification
本研究通过理论模型和时域有限差分模拟，揭示了非线性等离激元纳米粒子阵列中增益与损耗的光谱相互作用，确定了实现参量放大（数百纳米尺度）和参量下转换（数十纳米尺度）的阵列深度与泵浦条件，为光子超表面构建开辟了新途径。
2024-02-06 cond-mat.other physics.optics
Surface-polaritonic phase singularities and multimode polaritonic frequency combs via dark rogue-wave excitation in hybrid plasmonic waveguide
材料特性和输入场特性限制了非线性电磁场相互作用的可控性。由于这些非线性相互作用可以用来产生强烈的局部亮波和暗波，例如非线性表面极化激元，因此改善这种限制是很重要的。我们提出了我们的方法来改善，这是基于表面极化激元波导重新配置，使激发，传播和相干控制耦合的黑暗流氓波具有正交偏振。我们的控制机制是通过微调激光场强度和它们各自的失谐在原子介质和超材料层之间的界面。特别是，我们利用可控的电磁感应透明（EIT）窗口相称的表面极化激元偏振调制不稳定性，以创建对称和不对称的极化激元频率梳与暗局域波。我们的方法利用原子的自散焦非线性和暗Rogue波的传播，得到一个产生相位奇异性的充分条件。这种方法的基础是我们的理论，该理论考虑了原子介质与非线性表面极化激元波~（SPW）耦合引起的耗散和色散。因此，我们的波导配置作为一个双峰极化激元频率梳发生器和高速相位旋转器，从而打开了纳米光子和量子通信设备中的相位奇点的前景。
2020-03-16 physics.optics
Thermo-modulational interband susceptibility and ultrafast temporal dynamics in nonlinear gold-based plasmonic devices
从第一性原理出发，我们从理论上模拟了金基等离子体激元器件的非线性时间动力学，这些器件是由其金属组分的加热引起的。在光学频率下，金的磁化率由第一布里渊区中X，L点周围的带间跃迁决定，热调制效应由导带中电子能量分布的费米拖尾引起。作为传导电子的光致加热的结果，光学极化率变得非线性。在本文中，我们描述，为我们所知的第一次，金的热调制非线性对金纳米线上引导的表面等离子体激元的传播的影响。我们引入了一个新的非线性类薛定谔方程来描述脉冲在这种纳米线中的传播，我们预测了延迟热响应引起的强烈光谱红移的出现。
2012-08-06 physics.optics physics.plasm-ph
Heat-induced soliton self-frequency redshift in the ultrafast nonlinear dynamics of active plasmonic waveguides
我们研究了在有源等离子体激元波导中发射的光的超快非线性动力学，该有源等离子体激元波导由两个硅层夹在一个金薄膜中组成，并且浸没在外部泵浦的Al $_2$ O $_3$：Er $^{3+}$中。我们通过一个广义的立方Ginzburg-Landau方程来模拟这种耗散系统中的光传播，该方程考虑了活性介质的放大效应以及金的吸收和热调制非线性效应。我们发现，加热严重影响时间耗散孤子在这样的等离子体波导中的传播，通过产生孤子自频率红移伴随着孤子减速在时域。采用半解析变分法，推导了一组脉冲参数的耦合微分方程，计算了自感红移的依赖关系。这些方程通过简单的时间和频率偏移的近似解析表达式提供了对复杂的非线性动力学的物理洞察。这样的分析预测被发现与直接数值模拟的广义立方Ginzburg-Landau方程非常吻合。我们的研究结果提供了一个普遍的理解，在金基有源等离子体波导的超快非线性动力学，特别是传播光脉冲的光谱整形特性。
2019-04-12 nlin.PS physics.optics
Maxwell-Hydrodynamic Model for Simulating Nonlinear Terahertz Generation from Plasmonic Metasurfaces
本文提出一种时域流体动力学模型，用于模拟等离子体超材料的线性和非线性响应，通过并行FDTD方法验证了该模型在太赫兹发射中的应用。
2017-09-18 cond-mat.mes-hall cs.NA math.NA
Nonlocal and nonlinear plasmonics in atomically thin heterostructures
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；POLIMA—Center for Polariton-driven Light–Matter Interactions, University of Southern Denmark（极化激元驱动光-物质相互作用中心，南丹麦大学）；Danish Institute for Advanced Study, University of Southern Denmark（丹麦高级研究院，南丹麦大学）
研究通过原子薄异质结构中的非局部效应，揭示了电可重构二维异质结构中等离子体辅助的非线性光学非线性相互作用，展示了对称性和异质结构耦合对谐波生成过程的影响。
2025-12-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Pinned modes in two-dimensional lossy lattices with local gain and nonlinearity
我们引入一个系统与一个或两个放大的非线性网站（“热点”，HS）嵌入到一个二维线性有损晶格。该系统描述了渐逝耦合的光学或等离子体波导的阵列，其中在选定的HS芯处施加增益。分析的对象是钉扎到HS上的离散孤子。局部模式的形状被发现在准解析和数值形式，使用截断晶格的分析考虑。数值计算的稳定性特征值，并通过直接数值模拟的结果进行了补充。在自聚焦非线性的情况下，钉扎到一个单一的HS模式是稳定的或不稳定的非线性时，包括立方损耗或增益，分别。如果非线性是自散焦的，不饱和立方增益作用在HS支持稳定的模式在一个小的参数区域，而弱立方损耗引起的离散孤子的双稳性。对称和反对称模式钉扎到一组对称的两个HS。
2014-04-20 nlin.PS physics.optics
Structural second-order nonlinearity in metamaterials
非线性过程是激光、信息处理、传感和安全等许多光学技术的核心，需要适合纳米级集成的优化材料。在这里，我们证明了一个强大的大容量二阶非线性响应的出现在复合等离子体纳米棒材料组成的中心对称材料。超材料响应于s偏振激发和p偏振激发两者提供同等强的p偏振二次谐波光的产生。我们开发了一个有效的介质描述的基础物理，比较其预测的实验结果，并分析其适用性的限制。我们表明，虽然有效介质理论充分描述了非线性偏振，二次谐波光的发射过程不能在同一框架内描述。这项工作提供了对复合材料中出现的非线性光学响应的理解，并为集成非线性光子学的新非线性光学平台设计打开了大门。
2017-12-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Control of the stability and soliton formation of dipole moments in a nonlinear plasmonic finite nanoparticle array
我们进行了数值分析的有限的纳米颗粒阵列，其中的横向偶极偏振激发的均匀光场。考虑到线性长程偶极-偶极相互作用和粒子的立方偶极非线性，有限数目纳米粒子阵列的稳定性特征与无限数目纳米粒子阵列的稳定性特征相比需要进行修正。在双稳态曲线的低分支中发现了一个临界点，超过该临界点，对于有限数量的纳米颗粒，低分支变得不稳定。详细研究了外场强度和失谐频率对该临界点的影响。当粒子总数接近无穷大时，我们的结果变得与无穷大粒子系统的结果相似[cf.参考文献32]。值得注意的是，适当的外光场，形成暗偶极孤子。此外，当尺度失谐量取适当值时，形成了由两个粒子组成的双孤子（DMDS）。由于其宽度非常小，在亚波长高精度探测方面具有潜在的应用前景。
2014-11-17 nlin.PS physics.optics
Organic metallic epsilon-near-zero materials with large ultrafast optical nonlinearity
ε-近零（ENZ）材料由于其超快热载流子和随之而来的光学非线性增强而在非线性光学应用中显示出巨大的潜力。通过极性溶剂处理和退火处理，改性的聚（3，4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）薄膜显示出金属特性，其ENZ波长接近1550 nm。金属PEDOT膜表现出与金相当的固有光学非线性响应，并且由于π共轭离域电子而比典型的无机半导体ENZ材料高100倍。热载流子在1550 nm处使金属PEDOT膜的光学非线性系数增加22倍。金属PEDOT薄膜中的热空穴比无机ENZ材料中的热电子具有更小的载流子温度增强倍数和更长的弛豫时间，这是由于更大的虚介电常数和用于载流子冷却的热声子瓶颈。我们的研究结果表明，与无机ENZ材料相比，π-共轭ENZ聚合物可能具有独特的超快和非线性光学性质，从而在片上纳米光子器件，非线性光学和等离子体激元学中实现新的可能性。
2022-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Beyond the effective mass approximation: predictive theory of the nonlinear optical response of conduction electrons
本文对传导电子在太赫兹电场作用下的非线性光学响应进行了实验和计算研究。我们的观察结果（饱和吸收和振幅依赖的基团折射率）可以理解的有效质量近似的故障的定性水平。然而，预测的非线性理论描述一直失踪。我们提出了一个基于半经典电子动力学模型，一个现实的能带结构，和自由电子Drude参数准确计算的实验观测值在InSb。我们的研究结果开辟了一条道路，半导体，超材料，以及在太赫兹等离子体的高场效应的导电电子光学非线性的预测建模。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coupling emission from single localized defects in 2D semiconductor to surface plasmon polaritons
类原子发射体与表面等离子体激元的耦合提供了一条通向显著的光学非线性的路径，这在量子信息处理和量子网络中是必不可少的。大的耦合强度要求发射器在等离子体结构的表面附近的纳米级定位精度，这是具有挑战性的。我们证明了在钨二硒化物（WSe2）单层自对准的银纳米线的表面等离子体激元模式的单个局部缺陷的耦合。银纳米线在重叠区域处的单层上诱导应变梯度，导致形成固有地接近表面等离子体的局部缺陷发射位点。我们测量的耦合效率的下限为39%，从发射器到等离子体模式的银纳米线。该技术提供了一种实现等离子体结构与2D半导体的局部缺陷之间的有效耦合的方法。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmon-soliton waves in planar slot waveguides: I. Modeling
我们提出了两个互补的模型来研究一维等离子体缝隙波导的稳态非线性解，缝隙波导由金属区域包围的有限厚度非线性介质芯制成。所考虑的非线性是聚焦克尔型。在第一个模型中，假设非线性项仅取决于电场的横向分量，并且与折射率的线性部分相比，非线性折射率变化很小。这第一个模型允许我们用雅可比椭圆特殊函数来解析地描述整个波导中的场分布。它还提供了一个封闭的非线性色散关系的解析公式。在第二个模型中，考虑了克尔非线性对电场分量的完全依赖性，并且不需要对非线性项的幅度进行假设。这种方法的缺点是必须用数值方法计算场分布。然而，分析约束，以减少参数空间的非线性色散关系的解决方案，寻求。
2015-06-29 physics.optics
Two-dimensional intra-band solitons in lattice potentials with local defects and self-focusing nonlinearity
周期势中的稳定亮孤子（代表光子学/等离子体激元学中的光栅或量子气体中的光晶格）存在于光谱半无限隙（SIG）或有限带隙中。使用数值方法，我们证明，在立方自聚焦非线性的作用下，在二维（2D）晶格中的“孔”的形式的缺陷支持连续的家庭的二维孤子\textit{embedded}到各自的线性谱的前两个布洛赫带，孤子通常不存在。这两个家族的\textit{embedded defect solitons}（EDS）被发现是连续连接的分支的\textit{gap defect solitons}（GDS）填充的第一个有限的带隙。此外，穿过第一频带的EDS分支将GDS族与填充SIG的规则缺陷支持的孤子的分支链接。因此，我们构建了一个连续链的定期，嵌入式和间隙模式孤子（“超家庭”）线程的整个带隙结构考虑在这里。在第一Bloch带中，EDS是稳定的，而在第二Bloch带中，EDS是部分稳定的。它们以超过最小值的范数存在，因此它们不是源于线性缺陷模。此外，我们证明了双重，三重和四重晶格缺陷支持稳定的偶极模孤子和涡旋。
2013-05-08 nlin.PS physics.optics quant-ph
Nonlinearity in the Dark: Broadband Terahertz Generation with Extremely High Efficiency
等离子体超材料和超表面为开发超越传统非线性材料限制的高性能太赫兹发射器和探测器提供了新的机会。然而，简单的元原子的二阶非线性应用遇到基本的权衡，在必要的对称性破缺和局部场的增强，由于辐射阻尼是固有的操作谐振模式，不能单独控制。在这里，我们提出了一个新的概念，消除了这种限制阻碍提高太赫兹产生效率的非线性超表面的基础上金属纳米谐振器。这是通过将在近场中局部驱动非线性纳米谐振器的谐振暗态超颖表面与特定的空间对称性相结合来实现的，该空间对称性使得纳米谐振器的辐射线性矩能够进行相消干涉，并且经由泵浦辐射到暗模式的同时电和磁临界耦合来实现完美的吸收。我们的建议允许消除线性辐射阻尼，同时保持建设性的干扰和有效的辐射的非线性组件。我们数值计算表明，一个巨大的二阶非线性极化率约千亿分之一m/V，一个订单的改善相比，以前报道的开口环谐振器超颖表面，相应地，2个数量级的增强太赫兹能量提取预期与我们的配置在相同的条件下。我们的研究提供了一个高效率可调非线性元器件的范例，并为革命性的太赫兹技术和光电纳米电路铺平了道路。
2019-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear optics at all-dielectric nanoantennas and metasurfaces
不受相位匹配约束的等离子体超表面对控制光学非线性和通过工程化亚波长超原子提高非线性产生效率做出了重要贡献。然而，高耗散损耗和不可避免的热加热限制了它们在非线性纳米光子学中的应用。全介电超颖表面，支持电和磁米氏型共振在其纳米结构，已出现作为一个有前途的替代非线性等离子体。高折射率介电纳米结构允许额外的磁共振，可以诱导磁非线性效应，其与电非线性一起增加非线性转换效率。此外，低耗散损耗和高损伤阈值为在高泵浦强度下操作提供了额外的自由度，从而显著增强了非线性过程。在这篇综述中，我们讨论了当前的国家的最先进的在激烈发展的领域的全介质非线性纳米结构和超颖表面，包括米氏模的作用，Fano共振和anapole时刻的谐波产生，波混合，和超快光开关。此外，我们还综述了利用全介质超表面进行非线性相位和波前控制的最新进展。我们讨论的技术，实现全介质超颖表面的多功能应用和产生的二阶非线性过程的CMOS兼容材料。
2020-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-optical switching and unidirectional plasmon launching with electron-hole plasma driven silicon nanoantennas
高折射率介电纳米粒子已成为现代光科学的强大平台，实现了各种迷人的应用，特别是在非线性纳米光子学中，它们实现了特殊类型的光学非线性，例如电子-空穴等离子体光激发，这不是等离子体纳米结构所固有的。在这里，我们提出了一种新的几何高度可调的全介电纳米天线，由一个电偶极子源，它允许通过电子-空穴等离子体光激发调谐其辐射特性的硅纳米粒子激发链组成。我们表明，缓慢的引导模式确定的纳米天线的范霍夫奇异性是非常敏感的纳米粒子介电常数，开放的能力，利用这种效果进行有效的全光调制。我们表明，通过泵浦几个边界纳米粒子相对较低的强度可能会导致纳米天线的辐射功率模式和Purcell因子的显着变化。我们还表明，设计的纳米天线的超快泵浦允许单向发射的表面等离子体激元极化激元，现代非线性纳米光子学的有趣的影响。
2017-03-09 physics.optics
Symmetric and antisymmetric nonlinear modes supported by dual local gain in lossy lattices
我们引入了一个离散有损系统，其中插入了双热点（HS），即，两个相互对称的站点承载线性增益和立方非线性。该系统可以实现为一个阵列的光学或等离子体激元波导，与一对放大的非线性核心嵌入到它。我们专注于自散焦的非线性和立方损耗作用在HS的情况下。以隐式解析形式构造了钉扎到双HS上的对称局域模，对于HS之间中间位置为奇数和偶数的情况分别进行。在前一种情况下，一些固定的解决方案的特点是一个W形的形状，在中心网站的低峰，添加到高的峰值在嵌入的HS的位置。还考虑了两个相邻HS的特殊情况。对小扰动的解决方案的家庭的稳定性进行了研究，在一个数值的形式，它揭示了稳定和不稳定的子家庭。由孤立的正本征值占对称模式的不稳定性导致它们自发转化为共存的稳定反对称模式，而由一对复共轭本征值表示的不稳定性引起持续呼吸。
2013-08-13 nlin.PS physics.optics
Harmonic generation by metal nanostructures optically coupled to 2D transition metal dichalcogenide
基于非线性Drude模型，对强耦合对周期金属光栅高次谐波产生的影响进行了严格的电动力学模拟。它示出了一个薄的色散材料的三阶非线性强烈耦合到表面等离子体激元显着影响偶谐波产生单独的金属。使用一个简单的分析模型解释这种效应的物理性质，并进一步支持数值模拟。此外，二次和三次谐波的行为作为模型材料系统的各种物理参数的函数进行了研究，揭示了高度复杂的动力学。二维少层WS2的非线性光学响应的第二和第三阶耦合到一个周期性的等离子体激元光栅的金属的二次谐波产生上有显着的效果。
2019-01-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrically driven plasmon-polaritonic bistability in Dirac electron tunneling transistors
Columbia University（哥伦比亚大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚高级研究学院）
研究通过电驱动在石墨烯/六方氮化硼/石墨烯隧道晶体管中实现等离子体极化双稳态，展示了通过动量守恒共振隧穿实现的双稳态行为，并探讨了其在范德瓦尔异质结构中的非线性光学和电子现象应用。
2025-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.AO
Plasmon-assisted high-harmonic generation in graphene
凝聚态系统中的高次谐波产生（HHG）既是对量子电子运动的基本洞察的来源，也是实现紧凑的紫外和超快光源的有希望的候选者。在这里，我们认为，这种现象发生所需的大的光强度可以通过利用局部等离子体在导电纳米结构。特别是，我们证明了掺杂的石墨烯纳米结构结合了强等离子体近场增强和显著的固有非线性，从而在单一材料平台内产生有效的宽带HHG。我们提取这一结论从时域模拟使用两个互补的非微扰方法的基础上原子单电子密度矩阵和无质量狄拉克费米子布洛赫方程图片。高次谐波被预测将发射前所未有的大强度通过调谐入射光的本地化的等离子体激元带和有限的岛屿。与原子系统相反，我们观察到谐波阶没有截止。我们的研究结果支持了纳米结构石墨烯作为HHG的强大的，电可调的平台的强大潜力。
2016-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Second-harmonic generation enhancement in monolayer transition-metal dichalcogenides by an epsilon-near-zero substrate
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）呈现高的二阶光学非线性，这对于例如，非线性光子器件中的频率转换。另一方面，2D材料的原子厚度自然导致低频率转换强度，突出了设计增强实际应用的非线性响应的结构的重要性。已经报道了依赖于复杂的等离子体和/或超颖表面结构来增加2D材料处的泵浦电场的许多方法。在这里，我们利用这样一个事实，即具有低折射率的非结构化基板自然最大化的泵浦场在介电界面，提供了一个简单的手段，以促进增强非线性光学效应。特别是，我们测量了二次谐波产生（SHG）在二硫化钼和WS 2的氟锡氧化物（FTO），它提出了一个ε近零点附近我们的1550 nm的泵浦波长。偏振SHG测量揭示了FTO上的SHG强度比玻璃基板上高一个数量级。
2020-11-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear graphene metasurfaces with advanced electromagnetic functionalities
光学非线性效应可以提供不同的先进的电磁功能，如波混频和相位共轭，可以应用于各种新的应用。然而，这些效应通常具有极弱的性质，并且需要高输入强度值才能被激发。有趣的是，石墨烯的大的三阶非线性，以及源于其等离子体行为的强场约束，可以用来增强在红外（IR）和太赫兹（THz）频率的几个相对弱的非线性效应。为了实现这一目标，在这项工作中提出了各种非线性石墨烯超颖表面，以有效地提高不同光学非线性效应的效率，从而降低需要激发的所需输入强度。特别是，我们将表明，四波混频（FWM）的效率可以提高几个数量级，通过使用由图案化的石墨烯带，介电夹层，和作为衬底的金属反射器组成的非线性超颖表面。我们还证明了自相位调制（SPM）的非线性过程可以通过使用替代的石墨烯非线性超颖表面，作为相干完美吸收体，导致该结构的相干完美吸收（CPA）效应的谐振频率的显著偏移作为入射波的输入强度的增加来增强。这个属性将提供一个健壮的机制来动态地调整和切换CPA过程。此外，它将提出，由于另一个非线性过程，称为相位共轭的增强，可以通过单个石墨烯单层膜实现强负反射和折射。这种非线性过程被设想用于构建具有亚波长分辨率的完美成像设备。
2020-01-12 physics.optics
