Efficient Forward Second-Harmonic Generation from Planar Archimedean Nanospirals
纳米级天线中等离子体共振处的增强的电场可以导致有效的谐波生成，特别是当等离子体几何形状在粒子间或粒子内水平上不对称时。平面阿基米德纳米螺旋提供了一个独特的几何不对称性的二次谐波产生（SHG），因为SHG的结果既不是从安排中心对称的纳米粒子在不对称的分组，也不是从非中心对称的纳米粒子，保留了局部对称轴。在这里，我们报告了从平面阵列的阿基米德nanospirals使用15 fs的脉冲从钛：蓝宝石振荡器调谐到800 nm波长的正向SHG。测得的谐波产生效率分别为2.6*10-9，8*10-9和1.3*10-8的左手圆偏振，线性和右手圆偏振。未涂覆的纳米螺旋在每个纳米颗粒高达300 μ W的平均功率负载下是稳定的。纳米螺旋还表现出偏振态之间的选择性转换。这些实验表明，纳米螺旋的固有不对称性导致可以并入超颖表面光学器件中的高效二维谐波发生器。
2015-02-25 physics.optics
Forbidden second harmonics in centrosymmetric bilayer crystals
University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Duke University（杜克大学）
通过新型同频检测技术，在无对称性破坏的情况下观察到中心对称双层晶体中稳健的二次谐波产生，首次实现了晶体取向的无歧义识别，并用于非侵入性应变和相位检测。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Direct measurement of broken time-reversal symmetry in centrosymmetric and non-centrosymmetric atomically thin crystals with nonlinear Kerr rotation
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；University of Regensburg（雷根斯堡大学）
本研究提出基于三次谐波克尔旋转的测量方法，通过椭圆偏振光实现自旋选择性带隙调制打破时间反演对称性，可探测中心对称与非中心对称原子级薄TMDs晶体的破缺时间反演对称性，揭示其自旋-谷/自旋-谷-层锁定关联。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Second-Harmonic Generation in Silicon Nitride Ring Resonators
硅光子学的新兴领域寻求将高带宽的光通信与CMOS微电子电路统一起来。许多元件已经被证明用于片上光通信，包括利用硅[1，2]、二氧化硅[3，4]和氮化硅[5，6]的非线性光学特性的元件。由于体$χ^{(2)}$在这些中心对称的CMOS材料中消失，因此还没有开发出通过二阶极化率实现的诸如二次谐波产生的工艺。产生的最低阶非线性将打开窗口，一个新的阵列CMOS兼容的光学器件能够实现非线性功能与？$χ^{(3)}$响应，例如电光调制、和频上转换和差频产生。在这里，我们展示了二次谐波（SH）产生的CMOS兼容集成氮化硅（Si3N4）波导。通过使用纳米级结构来打破体对称性，在中心对称材料中诱导$χ^{(2)}$响应。我们使用高品质因数Q环谐振腔来提高非线性光学过程的效率，并在毫瓦输入功率下检测SH输出。
2010-10-28 physics.optics
Stacking faults enabled second harmonic generation in centrosymmetric van der Waals RhI3
该研究以中心对称范德华RhI3为例，结合理论、表征与静水压实验，揭示AC-C堆垛层错诱导并调控SHG的机制，实现最高6.9倍增强。
2024-02-29 physics.app-ph physics.optics
Efficient Second Harmonic Generation from Silicon Slotted Nanocubes with Bound States in the Continuum
具有中心对称性的光学材料，如硅和锗，不幸的是缺乏二阶非线性光学响应，阻碍了它们在高效非线性光学器件中的发展。在这里，提出了一种具有开槽纳米立方体阵列的设计，以实现显着的二次谐波产生（SHG）从中心对称的硅，它利用扩大的表面二阶非线性，加强电场的表面上的空气槽，以及共振增强的连续中的束缚态。与无空气缝的纳米立方体阵列相比，空气缝纳米立方体阵列的倍频性能提高了两个数量级以上。实验测得的硅开槽纳米立方体阵列的二次谐波效率高达1.8*10^-4 W^-1，这有望通过修改空气槽的几何形状来进一步工程化。这一结果为拓展中心对称材料的非线性光学效应和器件提供了新的思路。
2022-06-16 physics.optics
Harmonic Generation in Metal-Insulator and Metal-Insulator-Metal Nanostructures
我们报告说，第二和第三谐波信号减少与绝缘膜表面覆盖在金基板上给出了一个衡量的电子密度的溢出量的绝缘体，这被称为金属绝缘体间隙状态。对于金属-绝缘体-金属（MIM）结构，我们观察到增强饱和和淬火的第三谐波效率远远高于金属-绝缘体（MI）样品的效率。测量的光学谐波的散射光从MI和MIM系统进行了比较，详细的模拟的非线性相互作用，包括自由电子溢出到绝缘体，非局域和电子量子隧穿效应。使用原子层沉积，用可变的薄绝缘体膜厚度覆盖金涂覆的衬底。在实验中测量了两种绝缘体材料（ZnO和Al_2 O_3）散射光的光学谐波。基于我们的模拟，我们得出结论，所观察到的MIM信号增强效应主要是由于电子气中的非局域现象。
2018-10-05 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
Full Vectorial Modeling of Second Harmonic Generation in III-V-on-insulator Nanowires
我们在亚波长III-V-绝缘体波导中模拟二次谐波产生。大的折射率对比度引起强的纵向电场分量，在非线性转换中起重要作用。我们发现，许多不同的波导尺寸是适合于有效的转换的基本准TE泵浦模式周围的1550 nm的电信波长的高阶二次谐波模式。
2020-01-07 physics.optics
Nonlinear optical processes in centrosymmetric systems by strong-coupling-induced symmetry breaking
与偶阶非线性相关的非线性光学过程对于经典和量子技术都是至关重要的。然而，反演对称性，防止非线性光学响应介导的偶阶介导的几种材料系统中的纳米光子学的应用有关。在这里，我们展示了诱导的非线性光学过程，即二次和四次谐波产生，自然禁止在反演对称系统，通过强耦合到一个高Q光学腔的光子模式。作为一个具有反转对称性的系统，我们考虑了一个具有单个有效电子的GaAs半导体量子环，对于耦合系统，我们通过改变光-物质耦合强度来控制反转对称性破缺，同时调节非线性转换效率。我们发现，谐波产生的产量可以显着增加，通过增加光-物质耦合强度在实验上可行的方式。在少数光子的限制，入射泵浦场是一个相干态，只有几个光子，我们发现，谐波转换效率增加强耦合，而不是使用强泵浦场。这种新的方法适用于各种各样的中心对称系统的对称性破缺休息的光子环境用于实现强光-物质相互作用的属性。我们的工作构成了一个方向，实现物理禁止的非线性光学过程的中心对称材料中广泛采用的集成光子学的应用。
2022-02-22 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
Second-Order Nonlinear Circular Dichroism in Square Lattice Array of Germanium Nanohelices
本研究针对中心对称锗材料的二次谐波产生限制，设计锗纳米螺旋阵列结构，实现超100倍的二次谐波增强，发现非线性圆二色性符号随螺旋手性和密度变化，为中心对称材料基非线性光子学发展提供新方向。
2024-03-07 physics.optics
Second-harmonic generation in germanium-on-insulator from visible to telecom wavelengths
二阶$χ^{2}$过程是经典和量子光学领域中许多重要的非线性光学应用的基础。通常，当由强光场驱动时，$χ^{2}$过程仅在非中心对称的电介质中经由非谐电子振荡来显现自身。由于反转对称性，IV族半导体如硅（Si）和锗（Ge）传统上不被认为是二阶非线性光学应用的理想候选物。在这里，我们报告的实验观察的二次谐波产生（SHG）在绝缘体上的锗（GOI）样品下飞秒光泵浦。特别地，我们首次报道了利用$\sim$ $3000$ nm泵浦，从电信S波段的GOI样品中测量到的倍频信号。
2022-04-12 physics.optics
Optical Bloch modeling of few-cycle laser-induced electron dynamics in dielectrics
基于光学布洛赫方程，我们建立了一个新的激光-物质相互作用模型，其中包括光电离、碰撞电离和各种典型的电介质材料弛豫过程。这种方法能够描述由任意波长的几个周期的激光脉冲驱动的导带中的电子动力学的时间演化。此外，中心对称和非中心对称材料的非线性极化响应可以描述，同时确保适当的选择规则的谐波发射。
2019-07-22 physics.optics
Efficient Type II Second Harmonic Generation in an Indium Gallium Phosphide on insulator wire waveguide aligned with a crystallographic axis
我们从理论和实验上研究了III-V族绝缘体线波导中的II类二次谐波产生。我们表明，传播方向起着至关重要的作用，并且可以利用纵向场分量进行稳健且高效的转换。我们预测，最大的理论转换是大于I型二次谐波产生类似的波导尺寸，并达到12%/W的实验转换效率，由传播损耗的限制。
2020-12-21 physics.optics
Observation of giant surface second harmonic generation coupled to nematic orders in the van der Waals antiferromagnet FePS$_3$
二次谐波已被应用于研究原子级薄材料的晶格、电子和磁性。然而，反转对称性破缺通常是材料产生大信号所必需的。在这项工作中，我们报告了一个巨大的二次谐波产生，出现在Néel温度以下的少层中心对称FePS $_3$。层相关研究表明，检测到的信号来自表面的二阶非线性。磁感应表面二次谐波响应比其它磁系统中报道的大两个数量级，在2 L-5 L样品中，表面非线性磁化率达到0.08 - 0.13 nm $^2$/V。通过结合线性二向色性和二次谐波产生实验，我们进一步证实了巨二次谐波产生是耦合到由三个可能的锯齿形反铁磁畴形成的三阶。我们的研究表明，表面二次谐波也是研究中心对称原子薄材料中反铁磁态的一种灵敏工具。
2022-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
$T$-matrix method for calculation of second-harmonic generation in clusters of spherical particles
本文提出了一种$T$ -矩阵方法，用于数值计算由中心对称光学材料组成的任意分布的球形粒子团簇的二次谐波。在基波和二次谐波（SH）频率的电磁场展开在一系列的矢量球面波函数，和单球$T$ -矩阵元素的计算施加场边界条件的表面上的粒子。与以往的方法不同，我们计算SH场，同时考虑到本地表面和非本地体极化源，这使得人们能够准确地描述在任意团簇的球形粒子SH的产生。我们的数值方法可以用来有效地分析各种光学材料，包括金属，电介质，半导体和极化激元材料制成的球形颗粒的集群。
2021-02-18 physics.optics
Ultrafast, green third-harmonic generation and strong-field phenomena in silicon-on-insulator nanoplasmonic waveguides
强场纳米等离子体激元学的出现将极端的激光场-物质相互作用带入纳米科学领域，揭示了令人兴奋的新物理学。高度非线性的相互作用，使紧密限制的电场在纳米等离子体结构，允许使用的光场从低功率激光振荡器。在这里，我们报告了在绝缘体上硅平台上的超紧凑纳米等离子体波导中以前所未有的~10^{-5}的转换效率产生可见517 nm三次谐波的第一个演示。宽带白光产生的指数增长证实了有质动力驱动电子雪崩倍增的新强场现象。使用时间分辨的实验，我们表明，强大的纳米等离子体激元场约束允许非线性相互作用发生在1.98 +/- 0.40 ps的超快时间尺度上，尽管硅中的自由载流子寿命长。这些发现揭示了一种新的强场相互作用，可用于敏感的纳米等离子体调制器和混合等离子体-电子换能器。
2013-08-29 physics.optics
Harmonic generation and energy transport in dielectric and semiconductors at visible and UV wavelengths: the case of GaP
我们研究抑制吸收，透明度，能量和动量传输的谐波脉冲的非均匀分量在可见光和紫外线波长的半导体，专注于材料，如磷化镓。在这些光谱区域中，GaP的特征在于大吸收、金属行为或两者的组合。我们表明，相位锁定导致产生的非均匀信号传播通过大块金属介质而不被吸收，这是发生在中心对称材料通过磁洛伦兹力，和能量和动量的运输是非常奇特的，似乎异常。这些结果表明，在新的波长范围内，超快非线性光学和纳米等离子体激元学有新的机会。
2011-05-31 physics.optics
Current-induced break of inversion symmetry in Si: optical second-harmonic generation induced by a dc current
在中心对称硅单晶表面观察到直流电流诱导的光学二次谐波产生。密度高达$\textit{j}_{max} \sim 10^{3}$ A/cm $^{2}$的表面直流电流导致Si的反转对称性的破坏，并诱导光学二次谐波产生，其强度对应于偶极二阶极化率$χ^{(2)d}(j_{max})\sim 3 \cdot 10^{-15}$ m/V的出现。
2007-01-28 physics.gen-ph physics.optics
Electric-Field-Induced Second-Harmonic Generation
本文综述了电场诱导二次谐波生成（EFISH）效应的原理、材料平台、电场工程策略及其在可调谐光子器件和非线性光学调制中的新兴应用与未来挑战。
2025-07-12 physics.app-ph physics.optics
Third Harmonic Generation in Cuprous Oxide: Efficiency Determination
测量了氧化亚铜晶体的三次谐波效率。强度遵循非三次幂定律，表明非微扰行为。证明了谐波产生的偏振各向异性与三阶极化率有关。这些结果将影响对中心对称材料中谐波产生的理解，并可能与器件设计和激子行为的解释有关。
2013-12-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas physics.optics
Strong Second Harmonic Generation from Bilayer Graphene with Symmetry Breaking by Redox-Governed Charge Doping
中心对称石墨烯中缺少的二阶非线性掩盖了其有趣的光学属性。在这里，我们报告氧化还原控制的电荷掺杂可以有效地打破双层石墨烯（BLG）的中心对称性，从而实现强度接近于众所周知的单层MoS 2的强度的强二次谐波产生（SHG）。验证从控制实验与原位电流退火和电栅极控制的SHG，所需的中心对称性破缺的新兴SHG产生的BLG的底层上的电荷掺杂的氧/水氧化还原电对。我们的研究结果不仅表明，电荷掺杂是一种有效的方法来打破BLG的反转对称性，尽管它的强层间耦合，但也表明，SHG光谱是一种有效的技术来探测二维材料上的分子掺杂。
2022-06-07 physics.optics
An Ultrahigh-Q Microresonator on 4H-silicon-carbide-on-insulator Platform for Multiple Harmonics, Cascaded Raman Lasing and Kerr Comb Generations
无论支撑材料平台如何，实现高品质（Q）谐振器一直是一个不断的追求，因为高Q谐振器提供了极端的光存储环境，使得能够以高效率观察许多非常规的非线性光学现象。在这里，我们展示了一个超高Q值（7.1*10^6）的微谐振器上的4 H-碳化硅绝缘体（4 H-SiCOI）平台，其中\c{hi}^( 2）和\c{hi}^( 3）的高效率的非线性过程已经产生。观察到宽带频率转换，包括二次、三次、四次谐波产生。据我们所知，在SiC微谐振器中首次证实了级联拉曼激光。使用色散工程SiC微谐振器实现了从1300到1700 nm的宽带克尔频率梳。我们的演示是SiC光子集成器件发展的一个重要里程碑。
2021-05-06 physics.optics
Spatially Dispersive Second-Harmonic Generation in Ferroaxial Systems
Graduate School of Science, Hokkaido University（北海道大学理学研究科）
研究铁轴系统中空间色散二次谐波产生，通过发展规范一致微观理论，应用于最小三角形团簇模型，证明EQ和MD过程对定量描述该现象必不可少，为解释中心对称多极序非线性光学特征提供微观基础。
2026-07-23 cond-mat.str-el physics.optics
Enhancing second-harmonic generation with electron spill-out at metallic surfaces
二阶非线性光学过程在中心对称材料的本体中不明显，但在表面的埃厚层中可能发生。在这样的长度尺度上，量子力学效应开始发挥作用，这对于精确描述等离子体系统至关重要。在这篇文章中，我们发展了一个基于量子流体力学描述的理论模型来研究等离子体系统中的自由电子非线性动力学。我们的模型预测在金属表面的电子密度溢出引起的强共振。我们表明，这些共振可以提高二次谐波产生效率高达四个数量级，可以任意调整，通过控制电子溢出在金属表面的援助薄介电层。这些结果提供了一种可能性，人工增加非线性极化率的工程光学性质在量子水平上。
2021-05-10 physics.optics
Non-Centrosymmetric $γ$-Phase GaS Nanobelts for On-Chip Nonlinear Photonic Applications
NTT, Inc.（日本电报电话公司）；NTT Nanophotonics Center（NTT纳米光子学中心）
研究旨在探索用于片上非线性光子学应用的材料，通过自催化气-液-固生长合成非中心对称γ相GaS纳米带，其有强SHG，集成到SiN波导上实现高效片上SHG等，确立其为可用于片上光子集成的非线性材料。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable and Dual-broadband Giant Enhancement of SHG and THG in a Highly-engineered Graphene-Insulator-Graphene Metasurface
我们展示了一种新的方案，以显着提高二次和三次谐波产生的石墨烯绝缘体石墨烯超颖表面。我们的方法的关键基本特征是双共振现象的存在，即超表面被设计为在基频和高次谐波处都具有基本等离子体共振。特别是，这种双共振场增强在两个光学频率，结合一个有利的空间重叠的光学近场，导致产生的高次谐波增加了几个数量级。值得注意的是，我们证明了通过调整石墨烯光栅的费米能量，双共振特性可以在~20 THz的宽光谱范围内锁定，同样重要的是，增强的非线性频率产生过程可以在同一设备中在二次和三次谐波之间容易地切换。这种新型的石墨烯超颖表面可以为开发新型超紧凑和多频有源光子纳米器件开辟新的途径。
2020-05-11 physics.optics
Multipolar second-harmonic generation by Mie-resonant dielectric nanoparticles
通过结合分析和数值方法，我们研究了由中心对称材料制成的单个高折射率介电纳米颗粒的共振增强二次谐波产生（SHG）。考虑到体和表面的非线性，我们描述了二次谐波非线性散射从硅纳米粒子光激发附近的磁和电偶极共振。我们讨论了不同非线性源的贡献，以及低阶光学Mie模对产生的远场特性的影响。我们表明，多极扩展的辐射场是占主导地位的偶极和四极模式（两个轴对称的电四极，电偶极子，和磁四极），这些模式的干扰，可以确保非线性散射的方向性。开发的多极分析可以解释的非线性散射的远场测量是有益的，它提供了前瞻性的见解CMOS兼容的非线性纳米天线的设计完全集成与硅基光子电路，以及新的非线性诊断方法。
2017-11-12 physics.optics
Second Harmonic Generation in Lithiated Silicon Nanowires: Derivations and Computational Methods
本研究将研究计算方法来计算二次谐波产生（SHG）的非线性光学过程，将假设在锂离子插入到硅纳米线。首先，将确定其中传送SHG的介质是否是非中心对称的，或者该介质是否是反转对称的，其中作为二阶非线性光学现象的一部分的SHG不存在。它将被证明，决定SHG的主要相互作用是锂离子上的多光子吸收。量子谐振子（QHO）被用作背景，其产生横向于硅纳米线长度的电子和光子的相干态。用哈密顿量的矩阵元表示系统的能量，计算二阶非线性光学相互作用的概率密度，包括SHG、和频产生（SFG）和差频产生（DFG）。因此，可以看出，在不同浓度的锂离子（Li+）内的结晶硅（c-Si）矩阵的二阶非线性光学过程具有足够的概率，以创建二次谐波产生，可能被用于这样的应用，如二次谐波成像显微镜。
2021-10-17 physics.optics
Mode-matching enhancement of second-harmonic generation with plasmonic nanopatch antennas
非线性光学过程的等离子体增强面临着严重的限制，所产生的强分散的金属结晶性和小的相互作用体积，阻碍了理想的相位匹配的条件。最大化纳米尺度系统中的非线性相互作用需要同时激发在该过程中所涉及的所有波长处在空间上和相长上重叠的共振模式。在这里，我们提出了一种混合矩形贴片天线设计的最佳二次谐波产生（SHG），其特征在于由非中心对称的介电/铁电材料在等离子体热点。矩形贴片的优化允许独立调谐可用于增强SHG过程的各种谐振模式。我们探讨了这些混合结构的角度依赖性的SHG和突出的最大SHG效率所需的条件。此外，我们提出了一种新的配置与极化铁电层的数量级的增强倍频法向入射。这样的平台可以实现集成纳米级光源和片上频率转换器的开发。
2020-10-09 physics.optics
Sub-cycle doublon-holon dynamics in one-dimensional Mott insulators revealed by two-color high-harmonic spectroscopy
Purdue University（普渡大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Joint Attosecond Science Laboratory (JASLab), National Research Council of Canada and University of Ottawa（联合阿秒科学实验室（JASLab），加拿大国家研究委员会和渥太华大学）
通过测量一维Mott绝缘体的高次谐波发射啁啾，揭示了亚周期双占据-空穴复合动力学及其阶数依赖的退相干，为强驱动相关材料非平衡研究提供新视角。
2026-09-11 cond-mat.str-el physics.optics
Multiphoton excitation and high-harmonics generation in topological insulator
研究了三维拓扑绝缘体表面金属载流子与相干电磁辐射的多光子相互作用。本文发展了一个描述强波与金属载流子非线性相互作用的多体库仑微观理论。数值求解了带间极化和载波占用分布的积分微分方程组。研究了太赫兹波泵浦下二维无质量载流子费米-狄拉克海的多光子激发。结果表明，在中等强度的泵浦光场中，伴随着多光子带内/带间跃迁，产生了高次谐波的强辐射。
2017-11-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tracking doublon-holon dynamics in high-harmonic generation from Mott insulators
School of Mathematics and Physics, China University of Geosciences（中国地质大学数理学院）；Institute of Ultrafast Optical Physics, Department of Applied Physics, Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学应用物理系超快光学物理研究所）
研究强相关Mott绝缘体中的高调和生成，利用精确对角化和时间依赖密度矩阵传播分析一维Hubbard链的动力学，揭示了双子-空穴激发通道及填充依赖的相变特性。
2026-05-02 physics.optics
Milliwatt terahertz harmonic generation from topological insulator metamaterials
在太赫兹频谱域中实现高效、高功率谐波产生具有技术应用，例如在第六代（6 G）通信网络中。无质量狄拉克费米子具有极大的太赫兹非线性极化率和谐波转换效率。然而，所观察到的最大产生的谐波功率是有限的，因为在增加入射功率的饱和效应，如最近所示的石墨烯。在这里，我们展示了室温太赫兹谐波产生的Bi $_2$硒$_3$拓扑绝缘体和拓扑绝缘体光栅超材料结构与表面选择性太赫兹场增强。对于75 mW的入射功率，我们获得了接近毫瓦范围的三次谐波功率-与基准石墨烯样品相比提高了两个数量级。我们建立了一个框架中，这种特殊的性能是由无质量的拓扑表面状态的热力学谐波产生的结果，受益于超快耗散的电子热通过表面-体库仑相互作用。这些结果是芯片上太赫兹（光）电子应用的重要一步。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cross-polarized and Stable Second Harmonic Generation from Monocrystalline Copper
本研究展示了单晶铜微片在二次谐波产生中的稳定、各向异性及交叉偏振响应，克服了表面退化问题，为非线性纳米光子学提供了稳健平台。
2025-08-04 physics.optics
High-efficiency second-harmonic and sum-frequency generation in a silicon nitride microring integrated with few-layer GaSe
氮化硅（SiN）光子学平台具有超低的线性和非线性传输损耗以及CMOS兼容的制造工艺，有望实现大规模多功能光子电路。然而，SiN的中心对称性质抑制了其光子学平台中的二阶非线性光学响应，这对于开发高效的非线性有源器件是期望的。在这里，我们展示了高效率的二阶非线性过程中的SiN光子学平台上集成了几层GaSe薄片的SiN微谐振器。利用GaSe的二阶非线性极化率、共振增强的GaSe-光相互作用以及模式工程满足的相位匹配条件，在微瓦级连续激光泵浦下，实现了二次谐波和频转换，转换效率分别为849%/W和123%/W。与易于集成相结合，GaSe辅助的高效二阶非线性过程提供了一种新的途径，以丰富SiN光子学平台在非线性光学中已经很强的功能。
2022-06-07 physics.optics
Nonlinear generalized source method for modeling second-harmonic generation in diffraction gratings
介绍了一种通用的数值方法，用于模拟包含二次非线性非中心对称光学材料的周期性图案化光子结构中的光衍射。我们的方法扩展了广义源方法的非线性光学相互作用，将非线性偏振源的衍射场的贡献的算法。我们推导了数值方法的数学形式，并引入了适合于非线性计算的傅里叶分解。在一组基准计算的数值效率和运行时特性的方法进行了研究：相应的基频的结果进行了比较，从参考方法和非线性计算的准确性的修改后的傅里叶分解规则的有益效果证明。为了说明我们的方法的能力，我们用它来证明强烈的增强的二次谐波产生的一维和二维光栅谐振耦合到平板波导。我们的方法可以很容易地扩展到其他类型的非线性光学相互作用，通过简单地将相应的非线性偏振源的算法。
2015-01-28 physics.optics
Photon-drag photovoltaic effects and quantum geometric nature
本文理论分析了光子拖曳效应诱导体光伏效应的机制，揭示其与量子几何张量的直接联系，并证明在非磁性中心对称材料中可分离位移电流，且应用于二维拓扑绝缘体与磁性外尔半金属。
2025-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Exact solution for high harmonic generation and the response to an ac driving field for a charge density wave insulator
我们开发并精确求解了脉冲或连续交流场驱动电子的模型。该理论包括光激发过程以及随后的电子加速。在交流响应的情况下，我们研究了非平衡态密度和电流。在高次谐波产生的脉冲光的情况下，我们发现辐射光假设一个几乎普遍的行为，只有有限的依赖于系统的参数，除了驱动场的振幅，这决定了产生的高次谐波的范围和缩小的趋势在一个电荷密度波与金属的峰值。这种类型的高次谐波产生可以潜在地用于创建基于固态的超快光源。
2013-09-13 cond-mat.str-el physics.optics
Effect of lamellar nanostructures on the second harmonic generation of polymethylmethacrylate films doped with 4-(4-nitrophenylazo)aniline chromophores
研究了分散橙3分子在强静电极化场作用下嵌入非晶和纳米结构聚甲基丙烯酸甲酯薄膜中的取向动力学。用电晕极化技术在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜中获得了非中心对称的发色团分布。这些分布取决于电晕极化时间。分散橙3分子取向的变化之后，原位传输的二次谐波产生测量。在几个温度下记录二次谐波产生信号作为时间的函数;考虑到基质-发色团相互作用，将其拟合为电晕极化时间的函数。聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的纳米结构的阴离子表面活性剂，十二烷基硫酸钠的掺入。通过X射线衍射测量确定了薄膜中的层状纳米结构。
2011-11-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Second harmonic generation and third harmonic generation in topological insulator-based van der Waals metamaterials
CNR-NANO（意大利国家纳米技术研究所）；Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）；University of Leeds（利兹大学）
研究通过范德瓦尔斯异质结构实现THz频段的高阶谐波生成，利用拓扑绝缘体的本征对称性与表面态对称性破缺，实现偶数和奇数次谐波的频率上转换。
2026-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-optical probe of three-dimensional topological insulators based on high-harmonic generation by circularly-polarized laser fields
我们报道了一种新的非线性光学响应的观察从原型三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$通过高次谐波产生的过程。结果表明，随着激光偏振态由线偏振态向椭圆偏振态的转变，产生效率逐渐增大，在圆偏振态下产生效率最大。借助微观理论和测量光谱的详细分析，我们揭示了这种异常增强编码的能带结构，起源于强自旋轨道耦合和时间反演对称性保护的相互作用的特征拓扑结构。我们的研究揭示了手征强场物理学的新平台，并为拓扑绝缘体的光谱学提供了一种新颖的、无接触的、全光学方法。其意义在于拓扑相变的超快探测、光场驱动的无耗散电子学和量子计算。
2021-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient second harmonic generation in nanophotonic GaAs-on-insulator waveguides
非线性频率转换在提升下一代光学系统的功能方面发挥着至关重要的作用。便携式计量基准和量子网络将需要高效的二阶非线性器件，而纳米光子波导的强烈非线性相互作用可以用来满足这些要求。在这里，我们展示了二次谐波产生（SHG）在GaAs绝缘体波导前所未有的效率为40 W $^{-1}$的单程设备。这一结果是通过最小化传播损耗和优化相位匹配来实现的。我们研究表面态吸收和设计的波导几何形状的模式相位匹配公差制造变化。将2.0 $μ$ m泵浦转换为长度为2.9 mm、信号带宽为148 GHz的1.0 $μ$ m信号。在45 $^{\circ}$ C的温度范围内证明了可调谐和有效的操作，斜率为0.24 nm/ $^{\circ}$ C。GaAs和SiO之间的晶片键合$_2$进行了优化，以最大限度地减少波导损耗，并在76 mm的晶片上制造的器件具有高的均匀性。我们期望该设备能够实现完全集成的自参考频率梳和高速纠缠光子对产生。
2020-02-14 physics.app-ph physics.optics
Asymmetric Localization by Second Harmonic Generation
我们介绍了一个非线性光子系统，使非对称本地化和单向传输的电磁波通过二次谐波产生过程。我们提出的散射装置包括一个非中心对称的非线性板的非线性极化率$χ^{(2)}$放置在一个一维的周期性线性光子晶体与嵌入式缺陷的左边。我们设计线性晶格以允许在频率$ω_\star$处于间隙中时定位选定频率$2ω_\star$。因此，在我们提出的散射设置中，具有频率$ω_\star$的左入射相干横向电波部分地转换为频率$2ω_\star$，并且在缺陷层处变得局部化，而具有频率$ω_\star$的未转换的剩余场在整个晶格中指数衰减并且被反射。对于频率为$ω_\star$的右入射波，不会有任何频率转换，入射波会被完全反射。我们提出的结构将在设计新的光学元件，如光学传感器，开关，晶体管和逻辑元件中找到应用。
2021-10-26 cond-mat.other physics.optics
Second-Harmonic Generation in Bulk Diamond Based on Inversion Symmetry Breaking by Color Centers
固体中反转对称性的破缺在非线性光学中起着核心作用，因为它可以改变材料性质，例如产生偶数阶非线性光学（NLO）效应。虽然中心对称金刚石已被开发为光子平台，包括波导和光源，但大块金刚石中的非线性光学效应仅限于三阶。因此，利用更强大的二阶NLO效应，例如二次谐波产生（SHG），仍然具有挑战性。在这里，我们探讨了在大块金刚石的色心，氮空位中心的破缺诱导的二阶非线性光学效应。用超短激光脉冲激发，同时观察到SHG和三次谐波产生（THG），表现出特征强度图案，这取决于激发通量和光偏振角。我们发现，SHG作为源的THG的级联过程。我们的研究结果将提供基于金刚石色心的非线性光学效应的量子传感，例如在纳米尺度上通过电光效应对电磁场进行成像。
2022-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Resonant enhancement of second harmonic generation in 2D nonlinear crystal integrated with meta-waveguide: analytical vs numerical approaches
Ioffe Institute（约费研究所）
本文建立了解析理论，研究二维非线性晶体与介电超表面波导混合结构中泄漏模式和准BIC共振对二次谐波产生的增强机制，揭示其效率限制因素并阐明二次谐波衍射光束的非局域起源。
2025-11-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Even-harmonic generation through nonequilibrium steady-state symmetry breaking
Institute of Physics, University of Rostock（罗斯托克大学物理研究所）
该研究利用边界驱动SSH链的非平衡稳态对称性破缺，在不修改哈密顿量的情况下实现偶次谐波产生，建立了输运电流与HHG选择定则的关联，为探测中心对称系统输运电流提供了新方法。
2026-07-31 physics.optics quant-ph
Second harmonic generation in germanium quantum wells for nonlinear silicon photonics
二次谐波产生（SHG）是二阶非线性光学效应强度的直接度量，其中还包括频率混合和参量振荡。在其单位晶胞中具有破坏的反转中心对称性的天然和人造材料显示出高的SHG效率，然而硅-铸造兼容的IV族半导体（Si，Ge）是中心对称的，从而防止了硅光子平台中的二阶非线性的完全集成。在这里，我们展示了强大的倍频生长在硅晶片上的富锗量子阱。对称性破缺是用一对非对称耦合量子阱（ACQW）实现的，其中三个量子限制态的能量是等距离的，从而产生了倍频的双共振。激光光谱实验表明，在9和12微米之间的中红外泵浦波长的巨大的二阶非线性。利用强的子带间偶极子，非线性极化率几乎达到10^5 pm/V
2021-03-23 physics.app-ph physics.optics
Pulse-Duration Control of Subcycle Multiband Electron Dynamics Extends the High-Harmonic Cutoff in a Light-Driven Insulator
Imperial College London（帝国理工学院）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普物质结构与动力学研究所）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）
该研究通过调控激光脉冲的持续时间与强度，控制光驱动绝缘体的亚周期多带电子动力学，实现高次谐波产生的路径选择性，将高次谐波截止能量拓展至25-50 eV，为高能极紫外光源设计提供了新方法。
2026-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Band Geometry Induced Third-Harmonic Generation
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Universita‘ di Salerno（萨莱诺大学）
本文提出了一种基于密度矩阵的有限频率量子动力学理论，用于研究带几何、费米面效应和杂质对三次谐波产生的影响，并通过RuO₂材料验证了该理论。
2025-08-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sensitive optical coating defect detection via second harmonic generation
本研究提出将二次谐波产生（SHG）用于光学薄膜缺陷检测，经Si₃N₄薄膜实验验证，该方法比常用诊断技术灵敏度更高，可通过调节入射角和偏振增强特征检测，是中心对称薄膜激光损伤早期诊断的理想工具。
2024-12-11 physics.app-ph physics.optics
Strong-field physics in three-dimensional topological insulators
我们从理论上研究了拓扑绝缘体类量子材料中光与物质相互作用的强场机制。特别是，我们专注于非微扰的高次谐波产生的过程中，从典型的三维拓扑绝缘体硒化铋（Bi $_2$ Se $_3$）进行强中红外激光场。我们分别分析了自旋-轨道耦合体态和拓扑表面能带的贡献，并揭示了它们的谐波产量如何依赖于激光场的椭圆率的主要差异。体谐波表现出单调的减少，在他们的产量作为椭圆率的增加，在某种程度上让人想起高谐波产生气体介质。然而，表面的贡献表现出高度的非平凡的依赖性，最终与最大的圆偏振场。我们将所观察到的异常行为归因于：（i）狄拉克点附近的带间偶极子和Berry连接的增强振幅和圆形图案;以及（ii）高阶哈密顿量中的“六边形翘曲”项的影响，这是在较高动量下能量表面六边形变形的原因。后者与自旋轨道耦合参数直接相关。因此，我们的研究结果建立了强场驱动的高次谐波发射的能带结构的拓扑结构，以及自旋轨道相互作用的表现形式的敏感性。
2020-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Femtosecond laser-induced sub-wavelength plasma inside dielectrics: II. Second-harmonic generation
二次谐波发射的频率是激光频率的两倍，是一个重要的诊断非线性激光等离子体相互作用。对于中心对称的材料，例如蓝宝石块体，这是禁止的。然而，由于固体电介质内部的等离子体产生，电介质不连续性会破坏对称性。在目前的工作中，我们探讨了实验观察到的二次谐波辐射的基本特性，在聚焦飞秒贝塞尔光束在蓝宝石。我们采用三维粒子模拟和亥姆霍兹波动方程的理论研究。分析了等离子体参数对二次谐波产生效率和二次谐波极化的影响。我们发现，二次谐波的产生要么是由于两个表面电磁波的合并，要么是由于横向电磁波与线性模转换驱动的纵向电子等离子体波之间的非线性相互作用。实验结果与理论预测一致，证实了蓝宝石内部存在过临界等离子体，这对等离子体波的共振或表面等离子体激元的激发是必不可少的。
2022-07-29 physics.comp-ph physics.optics physics.plasm-ph
