Nonlinear surface magneto-plasmonics in Kretschmann multilayers
非线性磁等离子体激元学旨在利用等离子体激元激发来控制纳米尺度下非线性光频率转换的机制和效率。我们研究了混合金-钴-银多层结构中磁二次谐波产生的机制，该结构支持在基波和二次谐波频率下传播的表面等离子体激元。使用磁光光谱在Kretschmann几何，我们表明，巨大的磁光调制的二次谐波强度占主导地位的表面等离子体激元的激发在第二谐波频率，如所示的通过调谐强等离子体色散的光谱区域的光波长。我们的原理验证实验突出了非线性磁等离子体激元学的光明前景，并有助于磁性表面和界面的非线性光学的一般理解。
2015-07-02 physics.optics
Second-harmonic generation in plasmonic waveguides with nonlocal response and electron spill-out
等离子体波导提供了一个集成平台，以开发高效的纳米超快光子器件。描述等离子体波导中的非线性光学现象的理论模型通常只包含体非线性，而由金属成分引起的非线性仍然未被探索。在这项工作中，我们提出了一种方法，使一个广义的治疗存在于等离子体波导的非线性，并使用它来计算二次谐波产生的自由电子通过流体动力学非局部描述。作为我们的方法的一般应用，我们还考虑了电子溢出的量子流体力学理论所产生的非线性。我们的研究结果可能会发现在设计和分析的集成光子平台的非线性光学纳入各种非线性材料，如重杂质半导体的中红外应用的适用性。
2022-02-07 physics.optics
Single Molecule Nonlinearity in a Plasmonic Waveguide
等离子体波导提供了将光限制在远低于衍射极限的独特可能性。耦合到这种波导的单量子发射器的过去的室温实验主要集中在线性光激发之后将自发发射有效地引导到波导模式中。然而，只有发射体与多个等离子体激元场的同时相互作用才会导致等离子体激元电路中的功能。在这里，我们展示了一个单一的分子和传播等离子体激元的非线性光学相互作用。一个单独的三萘嵌苯二酰亚胺（TDI）分子被放置在两个单晶银纳米线之间的纳米间隙中。可见波长泵浦脉冲和红移耗尽脉冲沿波导传播，导致观察到的荧光中的受激发射耗尽（STED）。与远场激励相比，效率提高了50倍。因此，我们的研究表明远程非线性四波混频在一个单一的分子与传播等离子体激元。它为功能化量子等离子体电路和改进的非线性单分子光谱学铺平了道路。
2020-01-15 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
Non-local Ponderomotive Nonlinearity in Plasmonic
我们分析了费米-狄拉克金属等离子体界面处表面等离子体激元的固有非线性，这是由于高场强区电子密度的耗尽引起的。导出的光学非线性系数与金属的实验值相当。我们计算了高强度表面等离子体激元非线性传输的色散关系，预测了非线性诱导截止和消失的群速度。
2009-07-22 physics.optics
Hyperpolarizability of plasmonic meta-atoms in metasurfaces
本文提出等效RLC电路模型估算等离子体元原子的一阶超极化率，经实验与计算验证，为非线性超表面设计提供简便工具。
2020-07-10 physics.optics
Nonlinear coupled-mode theory for periodic plasmonic waveguides and metamaterials with loss and gain
我们推导了描述介质中电磁模式非线性相互作用的一般耦合模方程。我们的方法是严格的洛伦兹互易定理的基础上，它可以应用到广泛的金属介质光子结构，包括等离子体波导和超材料。我们验证了我们的一般结果与以前的分析的特定情况下，和预测的多层非线性渔网超材料的自和交叉相位调制的新效果。
2014-01-30 physics.optics
Anomalous Lasing Behavior in a Nonlinear Plasmonic Random Laser
本文报道了Au纳米岛修饰ZnO纳米棒的等离子体随机激光器中由模式强耦合吸收与Au非线性光学效应共同导致的双阈值激射现象，并用统计方法验证了该行为。
2024-08-07 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
Epsilon-near-zero plasmonic waveguides to enhance nonlinear coherent light-matter interactions
我们展示了一种在纳米尺度上相干控制光并通过使用ε近零（ENZ）等离子体波导实现相干完美吸收（CPA）的方法。所提出的波导在其截止频率处支持有效的ENZ响应，并且沿着其纳米通道具有强且均匀的场增强。CPA条件在ENZ频率下完全满足，令人惊讶的是，通过亚波长等离子体结构，在具有适当振幅和相位的两个反向传播平面波的照射下产生强CPA。此外，我们研究了所提出的ENZ等离子体配置的非线性响应，因为我们增加了入射波的输入强度。我们证明，CPA现象可以成为强度和相位依赖在这种情况下，导致新的可调谐全光开关和吸收设备。
2020-01-12 physics.optics
Nonlinear Chiroptical Effect in Refractory Plasmonic Molybdenum Metasurface: Chiral Saturated Absorption and Chiral Reverse Saturable Absorption
本文研究难熔手性钼超表面的非线性手性光学响应，观测到手性三次谐波、饱和与反饱和吸收，并验证圆偏振光限幅器及全光逻辑应用潜力。
2025-02-18 physics.optics
Few photons probe third-order nonlinear properties of nanomaterials in a plasmonic nanocavity
本研究利用等离子体纳米腔的增强光场，采用反射式Z扫描技术以低至每脉冲两个光子的光强实现纳米材料三阶非线性特性的测量，为纳米尺度非线性研究和脆弱纳米材料表征提供新方法。
2024-11-04 physics.optics
Tunable nonlinear coherent perfect absorption with epsilon-near-zero plasmonic waveguides
提出了一种利用近零等离激元波导实现纳米尺度非线性相干完全吸收的方案。分析并给出了线性ENZ等离子体波导中实现CPA的一般条件。所提出的ENZ波导在其截止频率处支持有效的ENZ响应，其中CPA效应在具有相等振幅和适当相位分布的两个反向传播平面波的照射下发生。此外，在ENZ共振下，波导的纳米通道内的强且均匀的场增强可以有效地增强克尔非线性，从而产生新的全光开关强度依赖CPA现象，其可以以超快速度调谐。所提出的自支撑ENZ结构将三阶非线性功能与纳米级等离子体配置中的驻波CPA干涉效应相结合，从而导致在亚波长区域中实现的新颖程度的可调谐光-物质相互作用。我们的研究结果提供了一个新的平台，以有效地激发非线性现象在纳米尺度和设计可调相干完美吸收。
2018-03-13 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
Delocalization of nonlinear optical responses in plasmonic nanoantennas
利用近红外飞秒激光束局部照射微米长的金棒光学天线，观察到远距离双光子发光和二次谐波产生.我们表明，非线性辐射可以从整个天线和测量的远场角模式承担的信息的性质和起源的各自的非线性过程。我们证明了非线性响应的传输在激发频率的传播表面等离子体激元，从而使极化激元介导的剪裁和设计的非线性响应。
2015-03-25 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
Modulating light with light via giant nano-opto-mechanical nonlinearity of plasmonic metamaterial
从1926年Vavilow和Levshin对可饱和吸收的演示开始，随着激光器的发明，强非线性材料的不可用性成为发展光学信号处理的关键障碍，特别是在透明电信网络中。今天，最先进的光子开关材料利用半导体中的增益动力学和近带和激子效应，有机介质中的非线性与弱局域电子和非线性通过与超材料杂交而增强。在这里，我们报告一种新型的人工非线性，是纳米光机械的性质。它是在由柔性纳米膜支撑的等离子体元分子的人造超材料阵列中观察到的。在这里，非线性是由光引起的结构的可逆重构所支撑的。在一个只有100纳米厚的薄膜中，我们用毫瓦功率的电信二极管激光器演示了光与光的调制。
2015-06-18 physics.optics
Subwavelength plasmonic kinks in arrays of metallic nanoparticles
我们分析了非线性金属纳米粒子阵列的非线性效应。我们证明，这样的等离子体系统的特点是由一个无源响应，它们可以支持耗散开关波（或等离子体扭结）连接不同的极化状态的传播。我们数值研究了等离子体扭结的性质，其特征在于由一个亚波长的范围和可调的速度。
2012-05-31 physics.optics
Broadband field enhancement and giant nonlinear effects in terminated unidirectional plasmonic waveguides
单向波在非互易结构中的传播使得以极端方式控制和增强波-物质相互作用的机会令人兴奋。在这种情况下，在这里，我们调查的可能性，使用终止单向等离子体波导，以提高通常弱的非线性效应的数量级。我们从理论上证明显着水平的电场增强和限制（场热点）时，单向波导结构终止与一个合适的边界，完全停止单向模式。这样一个大的场增强，起源于一个非共振效应，是从根本上不同的窄带场集中效应的共振等离子体结构。相反，它类似于等离子体锥体的宽带响应，但不需要任何绝热阻抗匹配。我们表明，这种效应确实可以导致非线性光-物质相互作用的大幅提升，例如三次谐波产生效率提高了几个数量级，这对几个应用程序具有重要意义。更广泛地说，我们的研究结果显示了极端非互易配置增强波-物质相互作用的潜力。
2020-08-06 physics.optics
Second-Harmonic Generation of Spoof Surface Plasmon Polaritons Using Nonlinear Plasmonic Metamaterials
二次谐波产生是非线性效应的重要应用之一，在过去的几十年里引起了非线性光学和微波领域的极大兴趣。然而，据我们所知，产生表面等离子体激元（SPPs）的二次谐波还没有报道。在这里，我们提出了在微波频率下使用亚波长尺度的非线性有源器件集成在专门设计的等离子体波导，这是由两个双波纹金属条印刷在一个薄的介质板的顶部和底部表面反对称的高效率的欺骗SPP的二次谐波。我们发现，等离子体激元波导支持具有强亚波长效应的欺骗SPP的宽带传输，其色散特性可以通过改变几何参数来控制。通过将半导体材料制成的非线性器件加载到两个等离子体激元波导的交叉点上，实验证明了在宽频带内产生二次谐波等离子体激元的有效性.所提出的二次谐波发生器可以直接用作SPP倍频器，并且所提出的方法可以扩展到实现高次谐波和产生SPP混频器，这是SPP集成电路和系统所必需的。
2015-05-13 physics.optics
Leveraging Plasmonic Nanocavity Arrays Forming Metasurfaces to Boost Second Harmonic Generation due to Surface Effects
Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Applied Research Labs, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室）；University of Memphis（孟菲斯大学）
本文通过等离子体纳米腔阵列形成的超材料，利用钛氧化物的表面非线性极化效应显著增强二次谐波生成。
2025-12-16 physics.optics
Nonlinear Surface-Plasmon Whispering-Gallery Modes in Metallic Nanowire Cavities
我们证明，表面二次谐波产生可以导致形成非线性等离子体回音壁模式（WGM）的金属纳米线制成的微腔。由于这些WGM是由诱导的表面非线性偶极子激发的，因此即使它们不耦合到辐射连续体，也可以产生它们。因此，这些非线性模式的品质因数可以与金属中的光学损耗所施加的理论极限一样大。值得注意的是，我们的理论分析表明，非线性等离子体WGM的特点是分数方位角模式数。这表明，这里研究的等离子体腔可用于产生具有分数角动量的多色光场。等离子体传感器的应用也进行了讨论。
2013-10-30 physics.optics
Quadruple-enhanced four-wave mixing in nanometer plasmonic hotspots: classical theory and experiments
效率是限制非线性等离子体激元器件应用的关键因素。我们通过理论和实验表明，高效率的四波混频（FWM）实现在纳米尺寸的等离子体热点，这开辟了纳米光操纵的机会。首先，我们提出了一个经典的计算频率转换效率的四重增强四波混频的克尔非线性材料加载在等离子热点的金纳米球二聚体。结果表明，在毫瓦的泵浦功率consumption.Next，我们提出的实验结果表明，约10%的线宽加宽的100 fs的脉冲激光器的单层石墨烯在金纳米球平面结的可行性，以实现超过10%的效率在纳米体积。这种高效率、低功耗、纳米级的非线性工艺是制造超紧凑、高速非线性光学器件的一个有希望的候选者。
2020-06-15 physics.optics
All-optical active plasmonic devices with memory and power switching functionalities based on epsilon-near-zero nonlinear metamaterials
全光有源等离子体激元器件对于设计高效的纳米光子电路具有重要意义。我们从理论上提出并数值研究了一种有源等离子体激元器件，该器件由厚度小于100纳米的非线性ε近零超材料板组成，该板位于线性ε近零超材料衬底上。我们预测，在自由空间耦合配置，该设备，在低强度下工作，将显示等离子体介导的滞后行为，因为反射和入射光波之间的相位差原来是多值的，并依赖于激发过程的历史。这种滞后行为将允许将所提出的装置视为紧凑的存储器单元，其状态可通过测量由非线性等离子体波携带的所提及的相位差或功率来访问，所述功率也是多值的。由于多个等离子体激元功率包括正值和负值两者，因此该装置还将在沿着磁滞回线的每个跳跃处作为等离子体激元功率方向的开关操作。
2011-01-13 physics.optics
Symmetry selective third harmonic generation from plasmonic metacrystals
非线性过程通常由分子构型的对称性所施加的选择规则所支配。最著名的例子包括镜像对称性破缺对偶次谐波产生的作用，以及与圆偏振基本光束谐波产生中旋转对称性相关的选择规则。虽然镜像对称性破缺在二次谐波产生中的作用已经在等离子体系统中被广泛研究，但是关于谐波产生的圆偏振态的选择规则的研究已经限于晶体，即原子水平上的对称性。在这里，我们证明了旋转对称依赖于三次谐波产生的非线性等离子体超晶体。我们表明，选择规则可以施加到各向同性的有机非线性薄膜嵌入的亚晶体的旋转对称性。这里提出的结果可能会打开新的途径，设计与定制的等离子体纳米结构依赖于非线性光学响应。
2014-03-06 physics.optics
Hybrid Graphene-Plasmonic Gratings to Achieve Enhanced Nonlinear Effects at Terahertz Frequencies
高输入强度通常需要有效地激发非线性光学效应。这个问题在太赫兹（THz）频率下特别关键，因为高输入功率THz源不可用。在太赫兹频率的增强非线性效应的演示是特别重要的，因为这些非线性机制的承诺，发挥重要作用，在新的可重构平面太赫兹非线性器件的开发和设计。在这项工作中，我们提出了一类新的非线性混合平面太赫兹器件的基础上，石墨烯覆盖的等离子体光栅表现出非常大的非线性响应。沿着石墨烯单层的电场的鲁棒局部化和增强，与石墨烯的大的非线性电导率相结合，可以导致在太赫兹频率下的增强的三次谐波产生（THG）和四波混频（FWM）非线性过程。这些有趣的非线性效应表现出非常高的非线性转换效率，并由相对较低的实际输入强度触发。此外，THG和FWM过程可以通过所提出的混合结构的尺寸、石墨烯的掺杂水平或输入强度值来显著调谐，而非线性辐射功率对激发源的入射角保持相对不敏感。所提出的非线性混合石墨烯覆盖等离子体光栅具有相对简单的几何形状，并且可以用于以有限的制造复杂度实现高效的三阶THz效应。基于所提出的混合非线性结构，我们设想了几种新的非线性太赫兹器件，如频率发生器、全光信号处理器和波混频器。这些器件有望用于非线性太赫兹光谱学、非侵入性太赫兹亚波长成像和太赫兹通信应用。
2018-12-10 physics.optics
Enhanced spontaneous down-conversion in a nonlinear crystal embedded with plasmonic-quantum emitter hybrid structures
通过路径干涉效应，即Fano共振，控制纳米结构的非线性响应已被广泛研究。在这样的材料中，已经考虑了在热点附近发生的频率转换过程。在这里，我们研究一个不同的案例。频率转换过程沿着非线性晶体的主体发生。金属纳米粒子-量子发射体二聚体通过引入干扰转换路径来控制在整个晶体中发生的下转换过程。二聚体作为相互作用中心。我们表明，2个数量级的增强是可能的，超出了由于本地化效应的增强。该因子乘以由于场局部化而发生的增强。
2020-03-23 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
Strong-field control of plasmonic properties in core-shell nanoparticles
等离子体纳米系统的强场控制为非线性等离子体光谱学和拍赫兹电子学开辟了新的前景。然而，问题仍然是关于在亚波长空间和超快时间尺度上的非线性光-物质相互作用的性质。针对这一挑战，我们研究了强场控制的等离子体响应的Au纳米壳与SiO $_2$核心的强激光脉冲。我们发现，从这些核壳纳米粒子的光电子能谱显示出显着的弱和强场制度之间的过渡。这种观察到的过渡同意我们的修改米氏理论模拟，结合非线性介电纳米壳响应的预测。在原型核-壳纳米颗粒中等离子体响应的强度依赖性光学控制为使用更复杂的纳米结构实现超快开关和光电信号调制铺平了道路。
2021-08-16 physics.optics
Fano-control of down-conversion in a nonlinear crystal embedded with plasmonic-quantum emitter hybrid structures
通过路径干涉效应控制纳米结构的非线性响应，即，Fano共振，已被广泛研究。在这样的研究中，频率转换过程发生在热点附近。这里，我们研究频率转换过程发生\textit{along the body of a nonlinear crystal}的情况。金属纳米粒子-量子发射体二聚体通过引入干扰转换路径来控制在整个晶体中发生的下转换过程。二聚体作为相互作用中心。我们表明，2个数量级的增强是可能的，由于本地化效应的增强。也就是说，该因子乘以由于场局部化而发生的增强。
2020-08-17 physics.optics
Enhanced four-wave mixing with nonlinear plasmonic metasurfaces
等离子体超颖表面提供了一种有效的方式来提高几种非线性过程的效率，同时保持纳米尺度。在这项工作中，非线性超颖表面的基础上的薄膜耦合银纳米带加载克尔非线性材料，以实现有效的四波混频（FWM）。高度局域化的等离子体共振在金属膜和纳米条之间的纳米间隙中形成。局部电场在该亚波长纳米区域中显著增强。这些属性与由于无反射区域而导致的松弛的相位匹配条件相结合，导致巨大的四波混频效率，与裸银屏相比，该效率提高了十九个数量级。此外，有效的可见光和低太赫兹源可以构建基于所提出的非线性超表面。四波混频产生的相干波具有方向性，其输出功率对激发源的入射角相对不敏感。该辐射功率可以通过增加激励功率来进一步增强。置于纳米间隙中的介电非线性材料是产生超强四波混频响应的主要原因。基于所提出的非线性超颖表面设计，可以设想设计跨越不同频率范围的紧凑且高效的波混频器和光源。
2016-06-13 physics.optics
Demonstration of a plasmonic nonlinear pseudo-diode
本研究制备出铝银组合的非线性等离子体超表面，实现了类二极管的不对称二次谐波产生特性，实验测得10 dB消光比，揭示材料不对称引发的双各向异性响应，为非互易光子器件研究提供新支撑。
2023-02-07 physics.optics
Optimizing the Nonlinear Optical Response of Plasmonic Metasurfaces
材料对激发光的非线性光学响应通过入射激光频率与受激材料的能级之间的共振而增强。传统上，在分子非线性光谱学中，人们将输入激光频率调谐到分子能级以获得高度增强的双共振或三共振相互作用。对于超颖表面，情况是不同的，并且通过纳米结构的适当设计，可以调谐材料能级以匹配入射激光频率。在这里，我们使用多参数遗传算法的方法来优化非线性四波混频响应，并表明，直观的传统方法，试图匹配的透射光谱相关的激光频率确实会导致强烈的增强，但不一定是最佳的设计。我们证明，实验和直接的非线性场计算，近场模式分布和空间模式重叠的优化设计的主导因素。
2018-05-15 physics.optics
Nonlinear plasmonic slot waveguides
本文研究了夹在两种金属之间的非线性介质平板所产生的亚波长缝隙波导中的非线性模。我们给出了非线性等离子体激元模族的色散图，并揭示了对称模经历了能量主要集中在其中一个界面附近的破缺分叉。我们还发现，反对称模可以分裂成两个分支，产生两族非线性反对称模。
2008-10-21 physics.optics physics.plasm-ph
Nonlinear bicolor holography using plasmonic metasurfaces
非线性超颖表面全息显示了超颖表面在控制光的相位、振幅和偏振同时转换光的频率方面的巨大潜力。定制相干光束的散射特性以及源自超原子的非线性信号的散射特性的可能性促进了光束成形应用中的巨大自由度。最近，几种方法表明，虚拟物体或任何类型的光学信息可以在与激光输入光束不同的波长处产生。在这里，我们展示了一个单层的非线性几何相位元表面的等离子体纳米结构的同时产生的第二和第三谐波。与以往的工作不同，我们展示了一个双色全息图与不同类型的纳米结构，通过不同的非线性光学过程产生的颜色信息。两个谐波信号的振幅比可以根据纳米结构的共振以及入射激光束的功率和波长来调整。在傅立叶空间中，使用单个近红外波长在具有相等振幅的可见波长处重建双色全息图像。同时使用多个非线性过程的非线性全息术为全息彩色显示应用、增强的光学加密方案和多路复用光学数据存储提供了另一种途径。
2021-03-02 physics.optics
Modular Hybrid Plasmonic Integrated Circuit -- Rotation, Nanofocusing and Nonlinear Enhancement
我们介绍了一种模块化的方法，有效地接口光子集成电路与深亚波长混合等离子体功能。我们证明了一个现成的绝缘体上硅波导可以后处理成集成的混合等离子体电路通过蒸发二氧化硅和金纳米层。该电路由一个等离子体旋转器和一个纳米聚焦器模块组成，它们共同导致纳米级的非线性波长转换。我们实验表征每个模块，并证明了强度增强的$>200$在计算模式面积的$50\,{\rm nm}^2$在$λ= 1320\,{\rm nm}$使用二次谐波产生。这项工作打开了在工业标准波导上定制等离子体功能的大门，将传统的集成光子电路与混合等离子体器件连接起来。这种方法有望方便地获得纳米尺度的量子信息处理，非线性等离子体和单分子传感。
2019-08-30 physics.app-ph 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
Second Harmonic Generation from a Single Plasmonic Nanorod Strongly Coupled to a WSe2 Monolayer
单层过渡金属二硫属化物，耦合到金属等离子体纳米腔，最近出现了强大的光-物质相互作用的新平台。这些系统预计将具有非线性光学特性，这将使它们能够用作纠缠光子源，紧凑型混频器件以及经典和量子光子技术的其他元件。在这里，我们报告了这些强耦合系统的非线性特性的第一个实验研究，通过观察从WSe 2单层强耦合到一个单一的金纳米棒的二次谐波产生。二次谐波信号的泵浦频率依赖性显示出明显的分裂，这可以通过具有二阶非线性的耦合振荡器模型来解释。严格的数值模拟，利用非微扰非线性流体动力学模型的传导电子支持这种解释和再现实验结果。因此，我们的研究奠定了基础，了解强耦合纳米系统的非线性特性。
2020-09-17 physics.optics
Improved nonlinear plasmonic slot waveguide: a full study
我们提出了一个改进的非线性等离子体缝隙波导（NPSWs）中，缓冲线性介质层之间的克尔型非线性介质芯和两个半无限金属区域的全面研究。对于TM偏振波，包括这些补充层有两个后果。首先，减少了整体损失。其次，他们修改了在NPSWs中传播的解决方案的类型，增加了新的配置文件，扩大了这些非线性波导提供的可能性。我们的结构还提供了更长的传播长度，由于减少的损失相比，简单的非线性槽波导和展品，精心选择的折射率或缓冲层的厚度，其主模式的空间过渡，可以控制的功率。我们提供了一个完整的相位图的TM波操作制度，这些改进的NPSW。的主要TM模式的稳定性，然后证明使用FDTD数值。我们还证明了TE波的存在性的线性和非线性的情况下（对于某些配置），其中的最大强度位于中间的波导。这种结构可以制造和表征实验，由于现实的参数选择，以模拟他们。
2016-03-16 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
Phase Matched Plasmonic Transmission Lines for Cascaded Second-Harmonic Generation as a Pathway to Nonlinear Logic Circuits
本文通过精确调控等离激元双线传输线实现正交模式间的相位匹配，将二次谐波产生效率提升至0.021%并实现18μm工作长度，进而演示了级联波导和非线性AND逻辑运算，为可扩展非线性光学电路奠定基础。
2025-08-21 physics.app-ph physics.optics
Collision quenching in the ultrafast dynamics of plasmonic materials
我们探讨了等离子体激元材料的非线性响应的超短脉冲的电磁辐射的持续时间为几个飞秒和高峰值强度。通过发展电子碰撞的Fokker-Planck-Landau理论，我们解析地求解了碰撞积分，并导出了一组新的流体动力学方程，该方程描述了超短时间尺度下的等离子体动力学。而在小的光强度的限制，我们恢复了良好建立的Drude模型的等离子体，在高强度的限制，我们观察到非线性淬火的碰撞诱导阻尼导致吸收饱和。我们的研究结果提供了一个一般的背景，以了解电子动力学在等离子体材料与有前途的光子应用在操纵等离子体波减少吸收在飞秒时间尺度。
2018-08-10 physics.optics
Mixing of spin and orbital angular momenta via second-harmonic generation in plasmonic and dielectric chiral nanostructures
我们提出了一个理论研究的特性的非线性自旋轨道角动量耦合的二次谐波产生诱导的等离子体和介电纳米结构的中心对称材料。特别是，相位奇异性和偏振螺旋在基波和二次谐波光场的纵向分量和散射体的对称性属性之间的连接进行了讨论。通过深入比较结构化光束与等离子体和介电纳米结构的相互作用，我们发现，表现出磁共振和电共振的全介电和等离子体纳米结构具有可比的二次谐波转换效率。此外，还揭示了单个和手征散射体团簇的二次谐波增强机制，并讨论了入射光束的光学角动量含量与非线性光散射增强的关系。特别地，我们给出了非线性自旋-轨道角动量相互作用的一般性角动量守恒定律，其中包括具有不同阶旋转对称性的手征结构的准角动量.作为我们的研究相关的纳米光子学的一个关键结论，我们认为，全电介质纳米结构提供了一个更合适的平台，实验研究自旋和轨道角动量之间的非线性相互作用，相比等离子体，主要是由于其较窄的共振峰，较低的固有损耗，和较高的可持续的光功率。
2017-04-20 physics.optics
Ultrafast Plasmonic Control of Second Harmonic Generation
高效的频率转换技术对于用于信息处理和信号调制的等离子体超颖表面的发展至关重要。原则上，非线性材料中的纳米级电场限制使得每单位体积的谐波转换效率比块体材料中可达到的更高。在这里，我们展示了有效的二次谐波产生（SHG）在锯齿形纳米间隙等离子体几何形状，产生陡峭的电场梯度的电介质超颖表面。使用超快泵浦来控制具有反转对称性的薄膜材料中的等离子体激元诱导的电场，该薄膜材料在没有等离子体激元增强的情况下不表现出偶数阶非线性光学响应。利用一种新的非线性干涉技术，对等离子体近场的时间演化进行了表征，其分辨率约为100as。在这里展示的超材料几何形状中操纵非线性信号的能力对于理解纳米材料的超快非线性响应和制造有源的光学可重构等离子体器件都是不可或缺的
2016-02-16 cond-mat.mtrl-sci 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
Nonlinear plasmonic amplification via dissipative soliplasmons
在这篇文章中，我们介绍了一种新的策略，用于补偿等离子体激元损耗的基础上最近提出的非线性机制：表面等离子体激元和空间孤子之间的共振相互作用沿金属/电介质/克尔结构平行传播。这种机制自然导致产生准粒子激发，即所谓的soliplasmon共振。我们分析了该系统固有的有效非线性耦合所发挥的作用，以及如何使用它来提供一种新的表面等离子体激元准共振非线性激发机制。我们将特别注意在克尔介质中引入非对称线性增益。非线性传输、非线性耦合和增益的独特组合为激发具有独特特性的长程表面等离子体激元提供了一种新的方案。将讨论增益存在下等离子体损耗和soliplasmon共振之间的联系。
2016-11-07 nlin.PS physics.optics
Second-harmonic generation from hyperbolic plasmonic nanorod metamaterial slab
双曲等离子体超材料为设计不寻常的线性和非线性光学特性提供了许多机会。我们发现，模式重叠的基本和二次谐波光在各向异性等离子体超材料板的辐射的二次谐波强度的宽带增强的结果由高达2个数量级的TM和TE偏振的基本光，相比TM偏振照明下的光滑的金膜。这些结果为设计可调谐倍频超材料提供了可能性，其目标是克服与厚非线性晶体中的经典相位匹配条件相关的限制。
2016-01-07 physics.optics
Nonlinear optical signal generation mediated by a plasmonic azimuthally chirped grating
部署等离子体纳米结构以增强非线性信号生成需要有效的远场到近场耦合和相位匹配以用于频率转换。虽然后者可以很容易地在等离子体热点实现，但前者是一个天线问题，需要专门的结构设计和优化。等离子体光栅是用于非线性信号生成的简单但有效的平台，因为它们提供用于光子-等离子体耦合的良好限定的动量和用于频率转换的局部热点。在这项工作中，等离子体方位啁啾光栅（ACG），它提供了空间分辨的光子-等离子体耦合的宽带动量，利用两个非线性光学过程，即双光子光致发光（TPPL）和二次谐波产生（SHG）的等离子体增强效应进行了研究。通过超短脉冲激发的高光谱成像实验确定了非线性信号的空间分布。非线性信号的实验空间分布与仅基于光子-等离子体激元与ACG动量耦合的分析预测非常吻合，揭示了光栅在等离子体激元非线性信号产生中的天线功能。这项工作突出了天线效应的光栅的非线性信号产生的重要性，并提供了洞察等离子体光栅的增强机制，除了本地热点工程。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multimodal Tip-Enhanced Nonlinear Optical Nano-Imaging of Plasmonic Silver Nanocubes
等离子体尖端-样品纳米结处的光场局部化已经使得能够通过尖端增强的线性光学光谱进行高空间分辨率化学分析，包括拉曼散射和光致发光。在这里，我们说明了非线性光学过程，包括参量四波混频（4 WM），二次谐波/和频产生（SHG和SFG），和双光子光致发光（TPPL），可以增强在等离子体结和空间光谱解决同时与几nm的空间分辨率在环境条件下。更重要的是，通过对我们的光谱纳米图像的详细分析，我们发现，局部非线性信号的效率是由尖锐的尖端样品结的共振，变化在几个纳米的长度尺度，因为波纹性质的探针。即，通过TPPL跟踪以不同非线性信号为中心或周围的等离子体共振，并且发现它们选择性地增强具有紧密匹配的光学共振的非线性信号。
2021-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Temperature Measurement in Plasmonic Nanoapertures used for Optical Trapping
等离子体纳米孔径产生强场梯度，使得能够有效地光学捕获纳米物体。然而，由于用于捕获的红外激光也被部分吸收到金属中导致焦耳加热，等离子体纳米光镊面临局部温度升高的问题。在这里，我们开发了三个独立的方法，分子荧光的基础上，量化的温度增加引起的1064 nm的捕获光束集中在单和双纳米孔铣削在金膜。我们表明，在纳米孔中的温度可以增加10°C，即使在中等强度的2 mW/ $μ$ m $^2$用于纳米光学捕获。发现温度增益在很大程度上取决于金属层的欧姆损耗，而与孔径尺寸、双纳米孔间隙或激光偏振无关。其中开发的技术可以很容易地扩展到其他结构，以提高我们对纳米光镊的理解，并探索纳米孔中的热控制化学反应。
2019-06-05 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
Nonlinear organic plasmonics
具有负介电常数和近零介电常数的有机磷材料可以容易地制备。在这里，我们发展了一个理论的非线性非稳态有机等离子体与强激光脉冲。证明了凝聚相中有机物电子振动模型的双稳态响应。非稳态有机等离子体使我们能够在短时间内获得接近零的介电常数。我们已经提出使用非稳态有机等离子体增强量子点线中的点间偶极能量转移相互作用，从而影响通过纳米结的电子输运。这种相互作用可以补偿特定条件下的库仑排斥。基于有机基质介电常数非稳态接近于零的特性，我们提出了量子点线中库仑阻塞的激子控制。
2015-10-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spatial nonlinearity in anisotropic metamaterial plasmonic slot waveguides
研究了由具有正克尔型非线性的各向异性材料芯和两个半无限金属区域构成的等离子体缝隙波导的主要非线性解。首先，我们表明，对于一个高度各向异性的对角椭圆形核心，非对称模式的分叉阈值从GW/m的各向同性的情况下的阈值降低到50 MW/m的一个表示强烈增强的空间非线性效应，和非对称模式的色散曲线的斜率保持正值，至少在分叉附近，这表明一个稳定的模式。其次，我们表明，对于双曲的情况下，没有物理意义的非对称模式，有效的非线性的符号可以成为负的。
2016-09-06 nlin.PS physics.optics
Plasmonic modes in nanowire dimers: A study based on the hydrodynamic Drude model including nonlocal and nonlinear effects
结合分析和数值研究的模式在两个不同的等离子体纳米线系统。计算是基于不连续Galerkin时域方法和完全非线性和非局部流体动力学Drude模型的金属被利用。在线性区域，这些计算表明了非局域性对场分布以及散射和吸收谱的强烈影响。基于这些结果，二次谐波产生效率计算的频率范围内，覆盖所有相关模式的线性光谱。为了解释导致相应场分布的物理机制，通过保角变换技术解析地求解了相关的线性准静电问题。这提供了一个直观的分类系统的线性激励，然后应用到完整的麦克斯韦情况。基于这种分类，群论有利于确定的选择规则的有效激发模式，无论是在线性和非线性政权。这导致显着增强的二次谐波产生通过明智地利用系统的对称性。这些关于模式结构和二次谐波产生的结果是直接相关的其他纳米天线系统。
2018-02-23 physics.optics
