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
Amplification of surface plasmon polaritons in the presence of nonlinearity and spectral signatures of threshold crossover
本文研究了非线性效应对金属与外泵浦二能级原子放大介质界面上表面等离子体激元（SPP）传输的影响。从麦克斯韦方程组出发，导出了非线性色散规律，并证明了线性增益的非线性饱和导致了SPP模的形成，其强度与传输距离无关。过渡到平稳传播的状态类似于激光器中的阈值交叉，并导致SPP光谱变窄。
2009-09-14 physics.optics
Plasmon-induced nonlinearity enhancement and homogenization of graphene metasurfaces
我们证明了有效的三阶非线性极化率的石墨烯片可以提高两个数量级以上的图案化成石墨烯超颖表面。此外，为了更深入地了解这种现象，我们引入了一种新的均匀化方法，随后使用该方法通过计算石墨烯超颖表面的有效线性和非线性极化率来定量表征这种非线性增强效应。所提出的均匀化方法的准确性证明通过比较其预测与从Kramers-Kronig关系。这项工作可能会开辟新的机会，探索新的物理学有关的非线性光学相互作用的石墨烯超颖表面。
2019-04-25 physics.optics
Scaling laws for soliton pulse compression by cascaded quadratic nonlinearities
研究了体二次非线性介质中基于相位失配二次谐波产生（\textit{i.e.}，级联二次非线性）的超短脉冲孤子压缩。给出了包含高阶非线性项的时域单周期传播方程。二次（SHG）和立方（克尔）非线性之间的平衡起着至关重要的作用：我们定义了一个有效的孤子数-SHG和克尔孤子数之间的差异相关-并表明，它必须大于单位成功的脉冲压缩发生。这要求相位失配低于临界水平，该临界水平在二次非线性超过三次克尔非线性占主导地位的材料中是高的。通过大量的数值模拟，我们发现无量纲标度律，表示通过有效孤子数，控制的压缩脉冲的行为。这些法律在固定制度，其中群速度失配的影响是小的，他们是类似的光纤孤子压缩机所观察到的。数值模拟结果表明，在适当的波长下，$β$ -硼酸钡晶体可以获得低于两个光周期的干净压缩脉冲，甚至对于皮秒输入脉冲也是如此。
2007-08-20 physics.optics
Soliton compression to few-cycle pulses with a high quality factor by engineering cascaded quadratic nonlinearities
提出了一种利用多节结构的非线性晶体来提高具有级联二次非线性的少周期孤子压缩的有效方法。通过对级联二次非线性项的工程化处理，在每一段实现了低有效阶数的孤子压缩，从而获得了高质量的、压缩因子较大的短周期脉冲。每个后续部分都被设计为使得离开前一部分的压缩脉冲经历与适度的孤立子阶数对应的总体有效自散焦立方非线性，该阶数保持大于1以确保进一步压缩。这是通过增加新部分中的级联二次非线性来实现的，同时降低了残余相位失配。每一段的低孤子阶数保证了良好的脉冲质量和高效率。数值结果表明，即使在压缩因子很大的情况下，压缩脉冲的持续时间也小于3个周期，并且与标准孤子压缩相比，压缩脉冲具有最小的基座和较高的品质因数.
2012-11-09 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
Self-deflecting plasmonic lattice solitons and sur-face modes in chirped plasmonic arrays
我们发现，啁啾金属介质波导阵列与聚焦立方非线性可以支持等离子体晶格孤子进行自偏转在横向平面。这种晶格孤子是深亚波长的自持激发，虽然它们覆盖了阵列的几个周期。在传播时，激励在横向平面中加速，并遵循在相邻金属层之间的间隔减小的方向上弯曲的轨迹，这是产生相当大的偏转角的现象。偏转角可以通过改变阵列啁啾来控制。我们还揭示了在截断等离子体啁啾阵列的边界处存在的表面模式，即使在没有非线性的情况下也会形成。
2015-02-09 physics.optics
Tunable plasmon-enhanced second-order optical nonlinearity in transition metal dichalcogenide nanotriangles
发展具有高非线性极化率的纳米材料是非线性纳米光子学的关键。我们发现，过渡金属-二硫属化物（TMD）纳米三角形有一个大的有效的二阶极化率[ $χ^{(2)}$ ]在中红外到近红外频率，由于其破缺的中心对称性。$χ^{(2)}$在考虑耗散和屏蔽的密度矩阵形式中计算。$χ^{(2)}$在双光子共振（由几何结构指定）和等离子体共振（通过载流子密度可调谐）附近具有峰值。对齐的共振产生高达$10^{-6}$ m/V的$χ^{(2)}$的值。这些发现强调了非线性纳米光子学，特别是二次谐波产生的TMD纳米三角形的潜力。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
The Roles of Substrate vs Nonlocal Optical Nonlinearities in the Excitation of Surface Plasmons in Graphene
最近已经证明，差频混合（DFM）可以在石墨烯中产生表面等离子体激元[1]。在这里，我们提出了详细的计算比较的贡献，这种效果从基板和石墨烯的非线性。我们的计算表明，基板（石英）的非线性引起的表面等离子体激元强度是约十二个数量级小于所产生的固有的石墨烯响应。考虑到石墨烯的中心对称结构，这种令人惊讶的有效本征过程几乎完全是由于石墨烯的二阶光学非线性的非局部贡献而产生的。
2016-05-05 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
Vector cnoidal and solitary plasmon polariton waves in a planar waveguide
本文研究了非磁性金属和介质层构成的异质结构平面等离子体波导中非线性表面等离子体极化激元波的动力学。本文所得到的非线性方程组及其解析解描述了单脉冲在波导中激发的矢量椭圆余弦和孤立等离子体激元波。在金属的克尔非线性和异质结处非线性饱和的影响下，产生了非线性等离子体激元波。激发的非线性表面等离子体激元波的周期和包络形状随激发条件和激发电磁脉冲的功率而变化。
2022-03-09 nlin.PS 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
Spatio-temporal Modulation Instability of Surface Plasmon Polaritons in Graphene-dielectric Heterostructure
利用雅可比椭圆函数，给出了石墨烯-介质波导中表面等离子体激元（SPP）非线性振幅方程的解析解。结果表明，提高太赫兹光的非线性度，可以增强太赫兹光与表面等离子体的场局域化。另一方面，基于分裂步进光束传播法（SSBPM）的数值解表明，空间调制不稳定性（MI）可能是主导的。因此，较大的非线性导致离散等离子体激元孤子的产生，而不是适度非线性导致的衍射轮廓。然后将时间变化加入非线性振幅方程，用预估-校正法进行数值求解，发现时间MI表现为多周期的超短脉冲串。由于波导与激光谐振腔的相似性，可以将波导看作一个大非线性的空间系统，在这种空间系统中，随着耦合深度的增加，MI的性质将由对流型变为绝对型，SPP的振幅将快速增长。这个过程甚至可能是混乱和不可预测的。该系统适用于以低功耗和非破坏性为重要特征的光电路、光放大、光通信和生物医学传感等领域。
2020-09-12 physics.optics
Designing microstructured polymer optical fibers for cascaded quadratic soliton compression of femtosecond pulses
计算了折射率引导型微结构聚合物光纤的二次谐波色散。二次非线性被假定为来自极化的聚合物，这在这项研究中被选择为环烯烃共聚物Topas。我们发现泵浦和二次谐波之间存在很大的相位失配。因此，潜在的级联二次谐波产生的研究，特别是孤子压缩的fs脉冲。我们发现，从级联的二次非线性的时间孤子的激发需要一个有效的二次非线性为5 pm/V或更多。如果使用具有低克尔非线性折射率的聚合物，这可能会减少。我们还发现，群速度失配可以最小化，如果选择的微结构光纤的设计参数，使相对孔尺寸大，孔间距是在泵浦波长的顺序。几乎所有的设计参数的组合导致级联效应在稳定的制度，在那里可以找到有效的和干净的孤子压缩。因此，我们没有看到任何好处，选择光纤设计的群速度失配最小化。相反，数值模拟表明，使用相对孔尺寸为0.4的标准无休止单模设计，具有nJ脉冲能量的$λ=800$ nm 120 fs脉冲被出色地压缩到几个周期的持续时间。
2008-11-18 physics.optics
Nonlinear light mixing by graphene plasmons
石墨烯具有很强的光学非线性。石墨烯等离子体激元可以进一步增强其非线性响应。在这里，我们报告了一种新的非线性电吸收效应观察到纳米结构的石墨烯由于激发的石墨烯等离子体。我们实验检测和理论解释增强的非线性混合的近红外和中红外线的石墨烯纳米带阵列。石墨烯等离子体激元对光的强压缩意味着这种效应本质上是非局域的，并且比传统的局域石墨烯非线性大几个数量级。该效应可用于各种应用中，包括非线性光调制器、光多路复用器、光逻辑和传感器件。
2017-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced Nonlinearity of Epsilon-Near-Zero Indium Tin Oxide Nanolayers with Tamm Plasmon-Polariton States
提出利用SiO2/SiN Tamm等离激元-极化子结构增强30 nm厚ITO纳米层的非线性折射率变化，通过Z扫描等手段证明其非微扰区级别的非线性增强，为高效红外器件奠定基础。
2023-09-15 physics.app-ph 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
Single-photon nonlinear optics with graphene plasmons
我们表明，它是可能实现显着的非线性光学相互作用在几个光子水平的石墨烯纳米结构。我们的方法利用了与石墨烯等离子体激元的强约束和石墨烯的大的固有非线性相关的电场增强。这样的系统可以为光的量子非线性光学控制提供一个强大的平台。作为一个例子，我们考虑利用这种大的非线性实现单光子开关的集成光学器件。
2014-08-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear plasmonics at high temperatures
我们解决麦克斯韦方程和热方程自洽的金属纳米粒子在强烈的连续波（CW）照明。与以前的研究不同，我们依赖于{ \em实验}测量的数据的金属介电常数增加的温度和可见光谱范围。我们表明，金属的热非线性可以导致大量的偏离线性模型的预测的温度和场分布，因此，可以定性地解释实验观察到的这种配置的强非线性散射。我们还表明，现有数据的不完整性的系统的热性能的温度依赖性，防止达到定量测量和计算的散射数据之间的协议。这种建模方法是必不可少的识别的基本物理机制负责的金属的热光学非线性，并应采用在高温非线性等离子体激元的所有应用，特别是对于难熔金属，无论是连续波和脉冲照明。
2016-07-12 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
Optical nonlinearity enhancement of graded metallic films
研究了具有弱非线性的梯度金属薄膜的有效线性和三阶非线性极化率。由于简单的几何形状，我们能够准确地推导出具有Drude介电梯度分布的梯度结构内部的局部场。计算了有效线性介电常数和三阶非线性极化率。我们研究了表面等离子体共振效应对梯度金属薄膜的光吸收、光学非线性增强和品质因数的影响。研究发现，金属薄膜中存在的梯度在光学区域产生了宽的等离子体共振带，从而大大增强了光学非线性，从而获得了较大的品质因数。我们建议做实验来检查我们的理论预测，因为梯度金属薄膜可以更容易地制造比梯度颗粒。
2004-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photo-induced cascaded harmonic and comb generation in silicon nitride microresonators
氮化硅（Si $_3$ N $_4$）是一种日益成熟的非线性光学集成平台。然而，由于没有二阶（$χ^{(2)}$）非线性，Si $_3$ N $_4$主要被认为是三阶（$χ^{(3)}$）非线性相互作用。最近，通过光电效应在Si $_3$ N $_4$波导和微谐振器中进行光学极化克服了这一限制，从而导致准相位匹配$χ^{(2)}$光栅的铭文。在这里，我们报告的级联非线性效应在正常色散硅$_3$ N $_4$微谐振器结合$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性。我们证明，光致$χ^{(2)}$光栅也提供了相位匹配的和频产生过程中，使启动和连续切换的主要梳在泵浦波长。此外，双共振泵浦和二次谐波场允许级联的三次谐波产生，其中二次光学写入的$χ^{(2)}$光栅被识别。最后，我们得到了由和频耦合初级梳演化而来的低噪声宽带微梳态。这些结果扩展了$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$微谐振器中级联效应的范围。
2022-03-29 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
Low-power threshold optical bistability enabled by hydrodynamic Kerr nonlinearity of free-carriers in heavily doped semiconductors
本文提出利用金属纳米贴片表面等离激元与重掺杂半导体中 LBP 的强耦合增强自由载流子 Kerr 流体动力学非线性，实现 1 mW 阈值的纳米光学双稳态。
2024-06-11 cond-mat.mes-hall 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
Surface Plasmon Polariton Self-Focusing by Ponderomotive Forces
研究了金属层固有的电子等离子体非线性引起的表面等离子体激元的非线性特性。采用流体力学等离子体模型描述金属中电子的运动。非线性有质动力将电子从高场强区排斥出去，有效地降低了等离子体的局部频率和相应的折射率实部，导致类克尔自聚焦。对低载流子密度区域的场限制还有助于减少传播损耗，传播损耗通常抑制实际的纳米等离子体电路。表面等离子体自聚焦和非线性光谱的修改，我们的模型预测，初步实验证明。
2007-08-29 physics.optics
Limits to compression with cascaded quadratic soliton compressors
我们研究级联二次孤子压缩器，并解决限制压缩的物理机制。一个非局部模型推导出，和非局部响应示出有一个额外的振荡分量时，群速度失配（GVM）是强的非平稳制度。这抑制了有效的压缩。来自级联非线性、竞争立方非线性、高阶色散和孤立子能量的类拉曼扰动也可能限制压缩，并且通过现实的数值模拟，我们指出了每个因素何时变得重要。我们发现，这是理论上可能的，以达到单周期制度通过压缩的高能量fs脉冲的波长$λ=1.0-1.3 μ{\rm m}$在$β$ -钡硼酸盐晶体，它需要系统是在稳定的制度，其中的相位失配是足够大的，以克服有害的GVM效应。然而，模拟结果表明，达到单周期持续时间最终被竞争的立方非线性以及色散波抑制，只有在考虑高阶色散时才会出现。
2008-01-04 physics.optics
Spontaneous four-wave mixing in a thin layer with second-order nonlinearity
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学）
研究在薄层中通过二阶非线性效应实现自发四波混频，展示其在生成光子对中的主导作用，并拓展了量子态工程的可能性。
2026-01-30 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
Frequency Conversion in a High Q-factor Sapphire Whispering Gallery Mode Resonator due to Paramagnetic Nonlinearity
非线性频率转换是光学中众所周知且广泛利用的效应族，通常由晶体介质中的克尔非线性引起。在这里，我们报告了高稳定性的频率转换，在微波制度由于一个$χ^{(3)}$的非线性蓝宝石中引入的稀释浓度的顺磁自旋。首先，我们从12.029和12.037 GHz的两个微波场产生高稳定性梳，对应于Fe $^{3+}$离子的电子自旋共振（ESR）带宽内的两个高$Q$因子回音壁（WG）模式。由此产生的梳是由一个级联的四波混频效应与7.7 MHz的重复率。然后，通过增加阈值功率来抑制四波混频，在耦合到蓝宝石内的各种顺磁离子的各种WG模式中实现三次谐波产生。
2012-07-23 physics.optics
Optical nonlinearity enhancement of graded metal-dielectric composite films
我们解析地导出了具有弱非线性的梯度金属-电介质复合薄膜内部的局域电场，进而得到了梯度结构的有效线性介电常数和三阶非线性极化率。结果，组成依赖的渐变可以在光学区域中产生宽的共振等离子体激元带，导致光学非线性的大增强，从而导致大的品质因数。
2004-07-25 cond-mat.mtrl-sci 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
Control spontaneous symmetry breaking of photonic chirality with reconfigurable anomalous nonlinearity
非线性系统中的自发对称性破缺提供了一种统一的方法来理解从希格斯机制[1]和超导性[2]到生态稳定性[3]和基因组生成[4]等截然不同的现象。自发对称性破缺通常被认为是具有固定发生条件和性质的非线性系统的内在性质，因为非线性相互作用的形式和大小不能被修改[5]。在这里，我们报告的发展可重构克尔光学非线性控制自发对称性破缺。这是通过本征克尔和级联二阶非线性过程之间的干涉实现的[6]。反常克尔效应包括负的自相位调制和竞争非线性过程之间的强度调谐已被证明。利用可重构克尔非线性，实现了对光子手性自发对称性破缺的原位抑制和促进。这项工作可以授权的实验研究自发对称性破缺在未开发的制度，并激发新的光子功能的发展。
2022-08-10 physics.optics
Fano enhancement of second harmonic field via dark-bright plasmon coupling
表面等离子体共振，即自由电子的相干振荡，可以将入射场集中到比入射波长小得多的小体积中。这些\textit{hot spots}的强场增强了光与物质的相互作用，并可能导致非线性的出现。控制这样的非线性对于各种实际应用是重要的。在这里，我们报告说，通过耦合暗模式的第一和产生的第二谐波模式分别，可以获得控制这两个领域。我们发现，通过工程路径之间的干扰（法诺共振）明亮和黑暗的等离子体激元模式，它是可能的，以提高基本模式而不增加非线性场，提高非线性场而不修改基本模式，并提高二次谐波场与增强的基本模式。
2021-03-05 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
Frequency comb generation via cascaded second-order nonlinearities in microresonators
光学频率梳正在革新现代时间和频率计量学。在过去的几年里，由于通过基于微谐振器的解决方案实现了小型化，其应用范围大幅增加。这种器件中的梳通常使用谐振器材料的三阶$χ^{(3)}$非线性产生。另一种方法是利用二阶$χ^{(2)}$非线性。虽然以这种方式产生梳的想法已经存在了近二十年，但到目前为止，只有少数演示是已知的，要么是基于庞大的蝴蝶结腔，要么是基于相对低的$Q$波导谐振器。在这里，我们提出了第一个这样的梳，是基于毫米大小的微谐振器由锂碳酸盐，允许级联的二阶非线性。这款概念验证器件的泵浦阈值低至2 mW，可在1064 nm和532 nm附近产生重复频率锁定梳。从非线性动力学的角度来看，所观察到的梳对应于图灵辊图案。
2019-12-03 physics.optics
Broadband ultraviolet-visible frequency combs from cascaded high-harmonic generation in quasi-phase-matched waveguides
高次谐波产生（HHG）提供短波长光，可用于精密光谱学和探测超快动力学。我们报道了在相位稳定的$\leq$ 12 nJ，100 fs脉冲驱动下，在3 $μ$ m，100 MHz重复率下，在啁啾周期性极化的锂酸盐波导中有效地产生了高达9阶（333 nm）的相位相干谐波。观察到高达10%的中红外到紫外-可见光的转换效率，其中基波到所有谐波的总转换率为23%。尽管存在复杂的高度非线性过程，我们还是验证了谐波频率梳的相干性。数值模拟的基础上，一个单一的宽带包络方程与二次非线性的转换效率在大约1个数量级的范围内的实验参数的估计。从这个比较中，我们确定了一个无量纲参数捕捉三波混频和群速度走离的谐波，管理级联HHG物理之间的竞争。这些结果可以为一系列不同平台中的级联HHG提供信息。
2021-02-13 physics.atom-ph physics.optics
Cascaded multi-harmonic generation in a \b{eta}-BBO crystal reaching 133 nm from a single 800 nm pump beam
Technische Universität Wien（维也纳工业大学）
研究在η-BBO晶体中实现多级谐波生成，达到133 nm，通过单束800 nm钛宝石振荡器产生第二、第三谐波，并发现即使在吸收为主的第五、第六谐波处，谐波信号强度仍显著高于噪声限。
2026-03-13 physics.optics
A Terahertz Bandpass Filter Using a Capacitive Transition Circuit and a Spoof Surface Plasmon Polariton Waveguide
University of Victoria（维多利亚大学）
本文提出了一种基于 spoof 表面等离子体极化波导的太赫兹带通滤波器，中心频率为 1 THz，3 dB 带宽为 0.3 THz，采用级联高通和低通元件实现滤波功能。
2026-03-25 physics.app-ph physics.optics
Ultrashort self-induced transparency plasmon solitons
本文研究了金薄膜中表面等离子激元的带间自诱导透射。我们通过使用一个版本的广义非线性薛定谔方程耦合到Bloch方程的金的价电子的场包络的光传输模型，预测自诱导的超短等离子体孤子的脉冲宽度低于10 fs的透明度。我们证明了来自周围介质的克尔非线性可以用来补偿群速度色散，并且自诱导传输机制可以有效地减少失相和衰减过程的影响。
2013-03-13 nlin.PS physics.optics physics.plasm-ph
Sech-squared Pockels solitons in the microresonator parametric down-conversion
我们提出了一个明确的sech平方孤子的解决方案与光学Pockels效应，实现通过产生的频率梳通过参数下转换的光学微谐振器与二次非线性。该孤子与描述大折射率失配极限下半谐波场的参量sech孤子不同，并与级联克尔效应相关。我们预测了Pockels孤子和级联Kerr孤子的光谱轮廓和功率的差异，并报道了前者的泵浦功率阈值与最近的实验观察一致。
2021-08-20 nlin.PS 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
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
Stationary plasmon-soliton waves in metal-dielectric nonlinear planar structures: modeling and properties
我们提出了三种互补的方法来研究一维非线性金属-介质结构中的定态非线性解。其中两个使用克尔型非线性项的近似处理，只考虑领先的电场分量，而第三个允许精确的非线性处理。与所有三个模型得到的结果的直接比较，它们之间的良好的协议证明了已被用来构建模型的假设。系统地研究了由两层、三层和四层组成的半无限克尔型非线性介质、金属薄膜和线性介质的结构。详细分析了这三类结构的解的性质、类型和个数。找到了等离子体孤子波存在的参数范围，提出并研究了等离子体孤子在已用于空间孤子研究的功率级上存在的具有实际光学几何参数的结构。
2013-12-02 physics.optics
Electrical-control of third-order nonlinearity via Fano interference
Institute of Nuclear Sciences, Hacettepe University（哈契特佩大学核科学研究所）；Department of Nanotechnology and Nanomedicine, Faculty of Science, Hacettepe University（哈契特佩大学理学院纳米技术与纳米医学系）；Department of Physics Engineering, Faculty of Engineering, Hacettepe University（哈契特佩大学工程学院物理工程系）；Department of Physics, Faculty of Arts and Science, Middle East Technical University（中东技术大学文理学院物理学系）；Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Hacettepe University（哈契特佩大学工程学院化学工程系）；TUPRAS（土耳其石油炼油公司）；Department of Physics, Faculty of Science, Akdeniz University（安塔利亚大学理学院物理学系）；Department of Physics, Recep Tayyip Erdogan University（雷杰普·塔伊普·埃尔多安大学物理学系）
通过Fano干涉和斯托克效应，在非线性纳米等离子体系统中实现三阶非线性性调控，用于高效光子量子计算机中的连续变量门。
2025-10-23 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Nonlinear quantum logic with colliding graphene plasmons
石墨烯已经成为将非线性量子光学带到纳米尺度的有前途的平台，其中大的固有光学非线性使得长寿命和主动可调谐的等离子体激元能够强烈地相互作用。在这里，我们从理论上研究了两个对向传播的等离子体激元之间的碰撞在石墨烯纳米粒子，其中横向亚波长限制赋予传播的等离子体激元与%大的有效质量的平带色散，增强了它们的相互作用。这种情况下提出了有趣的可能性，实现多模极化激元门，规避由夏皮罗不去定理的光子门在非线性光纤中的限制。作为一个典型的例子，我们证明了高保真度条件Pi相移（CZ）的可行性，其中门的性能从根本上只受单等离子体激元寿命的限制。这些结果为强相互作用极化激元的量子信息和多体应用开辟了新的途径。
2023-03-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Using surface lattice resonances to engineer nonlinear optical processes in metal nanoparticle arrays
局部表面等离子体共振（称为金属纳米颗粒阵列中的表面晶格共振（SLR））的集体响应可以导致高品质因数（~100）、大的局部场增强和强的光-物质相互作用。激光拉曼光谱在线性光学中有着广泛的应用，但激光拉曼光谱对非线性光学的影响却鲜有报道。在这里，我们将展示如何利用SLR来增强非线性光学相互作用。我们特别关注的和频，差频，和三次谐波产生过程，因为它们的潜力，实现新的光源。我们还展示了如何设计这样的阵列，以提高高阶非线性光学相互作用，通过级联非线性过程。特别是，我们演示了如何通过级联的二阶响应的三次谐波产生的效率可以工程。
2018-02-28 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
Undamped plasmon-polariton propagation along metallic nano-chain including nonlinear effects
在RPA准经典方法中，发展了金或银纳米球（半径为10-50 nm）表面等离子体的集体等离子体极化激元沿金属纳米颗粒无限长链传播的非线性理论。确定和分析了纳米球尺寸和链分离参数对链中波型自模的影响。在参数的某些区域出现无阻尼模态。它们是在线性理论的稳定边缘上发现的。然而，非线性校正稳定了线性方法的发散模式，并大大扩大了无阻尼传播的区域。非线性与洛伦兹摩擦的相对论修正有关。根据非线性行为，无阻尼稳定模态出现时的参数区域覆盖了线性理论的不稳定区域。无阻尼集体传播波的固定振幅的显着性质独立于初始条件（即使它们是非常小的）已被确定和描述。计算了这种波传播的群速度。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Analytical Study of Surface Plasmon-Phonon Polaritons in Nonlinear-Graphene-LiF Heterostructures in the far-infrared region
本文提出一种石墨烯-LiF与非线性材料杂化的异质结构，通过调节石墨烯参数和非线性实现低损耗、高约束的太赫兹波传播，FOM达24.5。
2024-10-16 physics.optics
Large enhancement of the effective second-order nonlinearity in graphene metasurfaces
使用强大的均匀化技术，在基频（FF）和二次谐波（SH）下均化一维和二维石墨烯超颖表面。在这两种情况下，均匀化方法的预测和那些严格的数值解的麦克斯韦方程组的基础上有很好的协议。然后采用均匀化技术来证明，由于双共振等离子体激元激发机制，导致强，同时在FF和SH的场增强，石墨烯超颖表面的有效二阶极化率可以增强超过三个数量级相比，放置在同一基板上的石墨烯片的固有二阶极化率。此外，我们探讨了我们的研究结果对开发新的有源纳米器件，将纳米图案化的石墨烯结构的影响。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Propagation and excitation properties of nonlinear surface plasmon polaritons in a rectangular barrier
提出了一种研究三能级$Λ$型电磁感应透明（EIT）系统中非线性表面等离子体激元（SPP）非线性传输特性的方案.基于多尺度方法，导出了描述SPP非线性传输的非线性薛定谔方程，并利用非共振Stark场作为影响非线性SPP传输的矩形势垒.对于单次非线性表面等离子体入射情况，通过调节势垒的高度和半宽，可以实现非线性表面等离子体的透射、捕获和反射。在两个非线性SPP对称入射的情况下，我们发现在矩形势垒中可以激发出横向模的周期性强度分布，并研究了这种激发模在势垒中的传播特性与非线性、势垒半宽和初始非线性SPP相位差的关系。此外，基于上述结果，我们设计了一种非线性SPP光开关。所得结果不仅为研究非线性表面等离子体与外电势的相互作用提供了理论基础，而且在微纳尺度光信息领域具有广阔的应用前景。
2022-01-29 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
Dissipative quadratic soliton mode-locked optical parametric oscillator
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
本文提出通过被动模式锁连续波驱动的双共振退化OPO，利用自发形成的飞秒耗散二次孤子实现超快激光器的扩展，展示了非局部有效克里格非线性对腔体动态的影响，为耗散孤子形成提供了新方法。
2026-04-03 physics.optics
