Enhanced Second Harmonic Generation from Coupled Asymmetric Plasmonic Metal Nanostructures
我们发现,二次谐波产生可以增强非对称等离子体金属纳米结构的Fano共振耦合。我们建立了一个理论模型,研究了两个金属纳米结构之间的电磁相互作用对二次谐波产生的影响。我们比较了一个单一的等离子体金属纳米结构的二次谐波产生效率与两个耦合的。我们表明,从一个单一的金属纳米结构的二次谐波产生可以提高约30倍,通过附加第二个金属纳米结构的品质因数比第一个高10倍。这种增强的起源是两种金属纳米结构的Fano共振耦合。我们支持我们的发现Fano增强二次谐波产生的实验研究的耦合等离子体系统组成的银纳米粒子和银纳米线在玻璃表面的品质因数的比例也估计为10倍左右。
2015-10-25 physics.optics
Modeling of quasi-phase-matched cavity enhanced second harmonic generation
我们提出了一个平均场模型来描述二次谐波产生的谐振器的材料与锌的晶体结构。该模型是通过平均的传播方程和边界条件。它考虑了相位失配项,它作为一个有效的克尔效应。我们分析了稳态解的不同条款的影响,突出了非线性之间的竞争。
2020-03-11 physics.optics
Harmonic Generation in Metallic, GaAs-Filled Nanocavities in the Enhanced Transmission Regime at Visible and UV Wavelengths
我们对用砷化镓填充狭缝的银光栅的谐波产生进行了理论研究。通过在增强的传输机制中工作,并通过利用泵浦与其谐波之间的锁相,我们保证了在可见光和紫外波长的高吸收条件下的强场定位和增强的谐波产生。银是用流体动力学模型,其中包括库仑和洛伦兹力,对流,电子气压,加上体X(3)的贡献。对于GaAs,我们使用具有特征X(2)和X(3)的非线性洛伦兹振荡器,以及由对称性破缺和洛伦兹力产生的非线性源。我们发现:(i)金属中的电子压力通过移动/重塑能带结构而有助于线性和非线性过程;(ii)TE和TM偏振谐波可以有效地产生;(iii)GaAs的X(2)张量耦合TE和TM偏振谐波,其产生具有与入射泵浦光子正交的偏振的锁相泵浦光子;(iv)与等离子体传输峰相比,法布里-珀罗共振产生更有效的谐波产生,其中大部分光沿着外部金属表面传播,在其体积内几乎没有穿透。当泵浦功率为2GW/cm ~ 2时,二次谐波信号的转换效率为10 ~(-6),三次谐波信号的转换效率为10 ~(-3)。
2010-11-30 physics.optics
Enhanced second-harmonic generation with structured light in AlGaAs nanoparticles governed by magnetic response
我们采用结构光从亚波长AlGaAs纳米粒子,支持电和磁多极米氏共振的二次谐波产生。泵浦光束的矢量结构允许选择性地寻址米氏谐振模式并控制所产生的非线性场的强度。实验上观察到方位极化矢量光束在磁偶极共振附近二次谐波产生的增强,并将我们的观测结果与基频场和二次谐波场的Mie型多极子的数值分解相匹配
2018-11-21 physics.optics
Walk-off-induced modulation instability, temporal pattern formation, and frequency comb generation in cavity-enhanced second-harmonic generation
我们推导了一个时域平均场方程来模拟光在单共振腔增强二次谐波产生系统中的全部时间和光谱动力学。我们表明,时间走离之间的基本和二次谐波字段起着决定性的作用,在现实条件下,产生丰富的,以前未识别的非线性行为。通过线性稳定性分析和数值模拟,我们发现了一种新的二次调制不稳定性,这种不稳定性导致了光学频率梳和相关的时域耗散结构的形成。我们的数值模拟显示出与最近二次非线性介质中频率梳的实验观察非常一致[Phys. Rev. A 91,063839(2015)]。因此,除了揭示一个新的,实验上可访问的制度的非线性动力学,我们的工作使预测建模的频率梳产生腔增强的二次谐波发生系统。
2016-01-13 physics.optics
Silicon photonic crystal cavity enhanced second-harmonic generation from monolayer WSe2
纳米谐振器与二维材料(如过渡金属二硫属化物)的集成是近年来出现的一种很有前途的纳米光电平台。在这里,我们展示了共振增强二次谐波产生(SHG)在钨二硒使用硅光子晶体腔。通过在通信波长处用腔模附近的超快激光脉冲泵浦该器件,我们观察到了一个具有窄线宽和近单位线偏振的近可见倍频,起源于泵浦光子与腔模的耦合。所观察到的SHG增强了约200倍的裸单层硅相比。我们的研究结果表明,腔集成单层材料的非线性光学的有效性和潜在的硅兼容的二阶非线性集成光子平台的建设。
2016-07-18 physics.optics
Dark quadratic localized states and collapsed snaking in doubly resonant dispersive cavity enhanced second harmonic generation
从理论上研究了腔增强二次谐波产生中产生的二次暗局域耗散态的动力学、分岔结构和稳定性。这些状态,通过锁定的平面前波,经历崩溃的同宿蛇行,并可能表现出振荡动力学。
2021-08-03 nlin.PS physics.optics
Resonantly enhanced second-harmonic generation using III-V semiconductor all-dielectric metasurfaces
纳米结构材料中的非线性光学现象一直在挑战我们对自激光发明以来一直在探索的非线性光学过程的看法。例如,与体材料相比,几乎独立地控制光场限制、增强和散射的能力允许非线性频率转换效率提高许多数量级。此外,亚波长长度尺度使得相位匹配问题无关紧要。与等离子体纳米结构相比,介电谐振器超材料由于其更大的模体积而在增强非线性光学过程方面显示出巨大的潜力。在这里,我们提出,第一次,共振增强二次谐波产生(SHG)使用砷化镓(GaAs)为基础的介电超颖表面。使用阵列的圆柱形谐振器,我们观察到的SHG增强因子高达104相对于未图案化的GaAs。在磁偶极共振条件下,我们测量到在泵浦强度为3.4 GW/cm 2时的绝对非线性转换效率为~ 2 × 10 ^(-5)。的二次谐波的偏振特性表明,体和表面的非线性起着重要的作用,在所观察到的非线性过程。
2016-08-15 physics.optics
All semiconductor enhanced high-harmonic generation from a single nano-structure
在纳米尺度上增强和控制非线性现象在科学和工业中具有广泛的应用。在这些现象中,固体中的高次谐波产生是最近的研究焦点,以实现下一代拍赫兹光电子器件或紧凑的全固态EUV源。在这里,我们报告的第一个纳米级高谐波源的实现。通过将来自几纳焦耳飞秒激光的电场限制在单个3D半导体波导中来达到强场区。我们揭示了激子过程有利于增强相干谐波和非相干荧光之间的强烈竞争。然而,远离带边缘,谐波发射的明显增强被报道具有稳健的可持续性,为应用提供紧凑的纳米源。我们说明了我们的谐波纳米器件的潜力进行相干衍射成像实验。超紧凑的UV/X射线纳米探针被预见到具有其他潜在的应用,如拍赫兹电子学,纳米断层扫描或纳米医学。
2019-01-08 physics.optics
Enhanced third harmonic response of the PtTe$_2$ transition metal dichalcogenide
University of L’Aquila(阿奎拉大学);University of Rome Tor Vergata(罗马托尔维加塔大学);INFN(意大利国家核物理研究所);Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD)(马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所);Center for Free-Electron Laser Science (CFEL)(自由电子激光科学中心);Sapienza University of Rome(罗马第一大学);CNR-SPIN(国家研究委员会自旋电子学研究所)
研究PtTe₂中类II狄拉克费米子的三阶谐波响应,发现锥体倾斜可增强非线性易感性,为纳米光子器件提供新思路。
2026-02-09 physics.optics
Enhanced harmonic generation in relativistic laser plasma interaction
我们报告了在相对论性超陡等离子体真空界面处产生的单个谐波的增强。模拟结果表明,谐波发射是由于两个高速振荡的耦合作用-在基本$ω_L$和在等离子体频率$ω_P$的散装等离子体。增强谐波的合成可以通过入射激光脉冲在以$ω_L$和$ω_P$振荡的相对论反射镜处的反射来描述。
2014-06-17 physics.optics physics.plasm-ph
Simultaneous control of harmonic yield and energy cutoff of high-harmonic generation using seeded plasmonic-enhanced fields
我们研究了种子等离子体增强场驱动的高次谐波产生。一方面,等离子体激元增强场具有很大的潜力,可以扩展HHG截止,这是产生阿秒脉冲的仪器先决条件。另一方面,XUV种子的使用似乎具有相当大的潜力来提高HHG转换效率,当采用独特的基本激光脉冲时,HHG转换效率通常是适度的。通过混合这两个源,我们表明,它是可能的,同时,提高高次谐波截止,并增加谐波光子通量。这些特征的组合潜在地使得能够产生强的和光谱宽的阿秒脉冲串。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Attosecond pulse production using resonantly-enhanced high-order harmonics
从理论上研究了超晶格中的巨共振对连续高次共振增强谐波之间相位差的影响,并计算了这些谐波产生的阿秒脉冲的持续时间。对于某些条件,谐振引起的移相补偿了非谐振谐波固有的相位差。我们发现这些条件的分析,并将它们与数值结果进行比较。这种谐波同步允许阿秒脉冲缩短与共振诱导的强度增加超过一个数量级;后者的增强放松了阿秒脉冲生产所需的紫外线过滤的要求。使用双色驱动场允许进一步增加强度。特别是,在谐波光谱中的焦散样特征导致生成效率增长高达两个数量级,然而伴随着延长的XUV脉冲。
2016-10-25 physics.atom-ph physics.optics
Localized structures formed through domain wall locking in cavity-enhanced second-harmonic generation
我们分析了腔增强二次谐波产生中局域结构的形成。我们着重于相位匹配极限,并认为基波和激发波具有相反的群速度色散符号。我们发现,这些国家的形式,由于锁定的域壁连接两个稳定的均匀状态的系统,并进行崩溃蛇形。我们研究了时间走离对这些局域态的稳定性和动力学的影响。
2020-06-05 nlin.PS physics.optics
Enhanced Harmonic Generation in Gases Using an All-Dielectric Metasurface
强场约束,长寿命的共振,和慢光效应表明,Meta表面是一个有前途的工具,非线性光学应用。这些纳米结构的器件已被用于相对高效率的固态高次谐波产生平台、四波混频和拉曼散射实验等。在这里,我们报告的第一个全电介质超颖表面,以提高谐波产生从周围的气体,实现高达45的因素增加氩原子的总产量。当与金属纳米结构相比时,对于高功率应用(例如使用原子气体的应用),纳米结构更鲁棒地抵抗损坏。我们采用二聚高对比度光栅制造的绝缘体上的硅,支持束缚态的连续,一个共振功能可在破缺对称平面设备。我们的1D光栅保持大的模式体积,克服了早期设备设计的更严重的限制之一,并大大有助于增强三次和五次谐波产生。可以实现的相互作用长度也明显大于早期固态设计所限制的10 nm。我们进行时域有限差分模拟,充分表征的波长,线宽,模式分布,和偏振依赖的共振。我们的实验证实了这些预测,并与其他非线性光学性质是一致的。我们在这些设备中展示的可调谐波长依赖性和质量因子控制使它们成为下一代高谐波源的有吸引力的工具,这些高谐波源预计将以更长的波长和更低的峰值功率,更高的重复率激光器进行泵浦。
2020-09-02 physics.optics
Enhanced Control of High Harmonic Generation in Mixed Argon-Helium Gaseous Media
本文提出利用氩-氦混合气体靶调控高次谐波产生,通过AI辅助模拟揭示不同气体种类谐波间的相干干涉机制,并利用双射流空间分离进一步控制EUV谐波带宽,为定制阿秒光源提供了新途径。
2025-07-02 physics.optics
Enhanced THz third-harmonic generation in graphene via hot-carriers in a topological cavity
本研究提出将石墨烯带集成于拓扑光子晶体界面的平台,通过耦合模拟纳入光致热载流子效应,揭示载流子加热对太赫兹三次谐波产生的影响,实现中等输入强度下的高转换效率,适用于太赫兹超快光电器件。
2025-07-15 physics.optics
Cavity-enhanced second harmonic generation via nonlinear-overlap optimization
我们描述了一种基于拓扑优化的方法,可以自动发现波长尺度的光子结构,实现高效率的二次谐波产生(SHG)。一个关键的区别,从以前的配方和设计,寻求最大限度地提高珀塞尔因素在个别频率是,我们的方法不仅旨在实现频率匹配(整个倍频程)和大的辐射寿命,但也优化了同样重要的非线性耦合品质因数$\barβ$,涉及一个复杂的空间模式之间的积分。我们将这种方法应用于优化微柱和光栅板腔(一维多层结构)的特定问题,并证明了各种材料平台可以支持模式与所需的频率,大的寿命$Q > 10^4$,小的模式体积$\sim (λ/n)^3$,和非常大的$\barβ \gtrsim 10^{-2}$,导致在SHG效率的数量级增强相比,最先进的光子设计。这种巨大的$\barβ$减轻了对超窄线宽的需求,从而为具有更快操作时间尺度和更高制造缺陷容限的波长级SHG器件铺平了道路。
2015-05-18 physics.optics
Cavity-enhanced symmetric second-harmonic generation
针对对称二次谐波产生(SHG)因准相位匹配极化周期要求严格导致转换效率低的问题,提出采用半单片腔增强7阶对称SHG效率,测得单侧转换效率7.2%(理论总效率14.4%),较单次通过提升超三个数量级,并估算出晶体非线性系数d₃₃=4.8 pm/V。
2025-09-24 physics.optics
Doubly Enhanced Third Harmonic Generation in Metal-Based Silicon Nanodisks
在近红外波段,将硅纳米盘置于金属薄膜上,通过电偶极共振(EDR)实现了双增强三次谐波产生(THG)。通过引入金属衬底,可以形成理想电导体(PEC)表面效应,不仅可以增强硅中的电场,而且可以改善近场分布。同时,考虑到周期性的纳米结构,硅纳米盘,作为一个高折射率的介质光栅,可以在金属表面上产生一个传播的表面等离子体共振(PSPR)。通过灵活地控制阵列周期,PSPR可以有效地与EDR耦合,从而产生EDR的进一步增强和新特性。由于这两种效应的双重增强,结果表明,所提出的纳米结构的总的三倍频转换效率提高了8个数量级以上的全介电纳米结构相比。此外,还研究了硅克尔效应对耦合和三倍频的影响,在输入强度为2 GW/cm ^2时,三倍频效率达到了10^-2左右。这一工作将为改善金属-介质纳米结构中的多极模式提供一条新的途径,并促进其在非线性光学中的工程应用,如频率转换、光谱和生物化学传感等。
2019-12-25 physics.optics
Multiband Hybrid Metasurface for Enhanced Second-Harmonic Generation via Coupled Gap Surface Plasmon Modes
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)(阿卜杜拉国王科技大学);King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM)(法赫德国王石油与矿物大学)
提出一种支持多间隙表面等离子体(GSP)和局域表面等离子体(LSP)模式的多带混合超表面,通过优化几何参数实现近红外和通信波段四个共振,并数值研究二次谐波产生(SHG)响应,在共振波长处由于强电磁场限制增强SH发射。
2026-05-27 physics.optics
Enhanced third-harmonic generation empowered by doubly degenerate quasi-bound states in the continuum
本研究利用双重简并连续域中准束缚态(quasi-BICs)实现了硅超表面中与偏振无关的三次谐波产生稳健增强,最大转换效率达 $1.03\ imes10^{-5}$,为超紧凑高效光子上转换系统设计奠定基础。
2024-12-22 physics.optics
Enhanced Second-Harmonic Generation in Thin-Film Lithium Niobate Circular Bragg Nanocavity
针对铌酸锂纳米尺度光约束受限的问题,研究人员利用支持谐振anapole模的二阶圆形布拉格光栅纳米腔,在薄膜铌酸锂中实现了创纪录的高增强二次谐波产生,还验证了偏振不敏感特性,为纳米非线性光学研究提供新思路。
2024-07-11 physics.optics
Enhanced high-order harmonic generation from periodic potentials in inhomogeneous laser fields
本文从理论上研究了金属纳米结构内共振等离子体激元激发的空间非均匀强激光场中固相系统的高次谐波产生。高次谐波第二个平台的强度可增强2 ~ 3个数量级,与第一个平台的强度相当。这是由于更大的跃迁概率更高的导带。这为在激光强度低于损伤阈值的情况下提高高次谐波的产额提供了一条可行的途径。它提出了一种有前途的方法,三倍的范围内的HHG光谱的实验测量。它还允许产生强烈的孤立阿秒脉冲从固体驱动的几个周期的激光场。
2016-05-09 physics.atom-ph physics.optics
Nanocavity-Enhanced Second-Harmonic Generation from Colossal Quantum Dots
本文通过将巨型量子点与氮化硅纳米束腔集成,利用超快脉冲激光泵浦实现了增强因子约3040的腔增强二次谐波产生,为低功率片上非线性光学提供了可扩展的量子点-腔平台。
2025-03-05 physics.app-ph physics.optics
Second Harmonic Imaging Enhanced by Deep Learning Decipher
波前传感和重构广泛用于自适应光学、像差校正和高分辨率光学相位成像。传统上,干涉和/或微透镜阵列用于将光学相位转换成强度变化。畸变波前的直接成像往往导致相位恢复过程复杂、对比度低、灵敏度低。在这里,一种新的方法已被开发和实验证明的基础上编码成二次谐波信号,这是本质上敏感的波前调制的相敏信息。通过设计和实现深度神经网络,我们展示了通过深度学习解密(SHIELD)增强的二次谐波成像,以实现高效和弹性的相位恢复。SHIELD继承了双光子显微镜的优点,展示了单次拍摄,无参考和视频速率相位成像,灵敏度优于λ/100,对噪声具有高鲁棒性,促进了从生物成像到波前传感的众多应用。
2020-10-16 eess.IV physics.optics
Enhanced third harmonic generation from the epsilon-near-zero modes of ultrathin films
我们实验证明了有效的三次谐波产生从铟锡氧化物(ITO)纳米膜(λ/42厚)在玻璃基板上的泵浦波长为1.4 μ m。通过利用增强因子为200的ε近零(ENZ)模式的场增强特性,实现了3.3x10^-6的转换效率。这种纳米级频率转换方法适用于其他等离子体材料和剩余辐射材料的纵向光学声子频率附近。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced third harmonic generation with graphene metasurfaces
不同材料的非线性响应为光开关、低噪声放大和谐波频率产生提供了有用的机制。然而,非线性过程通常具有非常弱的性质,并且需要高输入功率来激励。为了缓解这一严重的限制,我们提出了新的设计,由图案化的石墨烯微带组成的非线性超颖表面,以显着提高在远红外和太赫兹(THz)频率的三次谐波产生(THG)。在这些配置中,由于高度局域化的等离子体激元的激发,入射波被紧紧地限制并且沿着石墨烯的表面被显著地增强。由于在石墨烯微带下方引入金属衬底,谐振响应的带宽变得更窄,这导致中间介电间隔层内部的零传输和驻波。入射场的增强,结合石墨烯的大的非线性电导率,可以将THG转换效率显著提高几个数量级。此外,超颖表面的谐振频率可以通过经由电或化学掺杂动态地调谐石墨烯的费米能量来调节。结果,可以优化和调谐三次谐波生成的波以在不同频率下发射,而不需要改变非线性超颖表面几何形状。所提出的非线性超颖表面提供了一种新的方式来实现紧凑和高效的非线性源在远红外和太赫兹频率范围内,以及新的频率产生和波混合设备,预计将是有用的非线性太赫兹光谱和非侵入性太赫兹成像应用。
2017-07-07 physics.optics
Ultra-compact optical auto-correlator based on slow-light enhanced third harmonic generation in a silicon photonic crystal waveguide
将相干光用于材料科学和应用的能力与我们测量短光脉冲的能力直接相关。虽然自由空间光学方法已经很成熟,但在芯片上实现这一点将在占地面积、性能、灵活性和成本方面提供最大的好处,并允许与互补信号处理设备集成。一个关键的目标是实现亚瓦峰值功率水平和亚皮秒时间尺度上的操作。以前的集成演示需要时间同步的参考脉冲,片外光谱仪,或长的可调延迟线。我们报告的第一个设备能够实现单次拍摄的近红外皮秒脉冲时域测量的基础上,一个超紧凑的集成CMOS兼容设备,有可能被完全集成,没有任何外部仪器。它依赖于在慢光硅波导中的光学三次谐波产生。我们的方法也可以作为一个强大的原位诊断工具,直接映射,在可见光波长,近红外脉冲在光子晶体中的传播动力学。
2014-04-19 physics.optics
Electron motion enhanced high harmonic generation in xenon clusters
原子团簇是一个孤立系,它模拟了高次谐波产生机制尚不确定的大块材料,是一种有希望产生高次谐波的介质,其转换效率超过了气态原子的转换效率。结果表明,强激光场相互作用后,团簇内电子集体运动的振荡现象明显增强了谐振子的偶极效应,并使谐振子的量子相位增大.在实验上,区分了纳米氙团簇和纳米氙原子产生高次谐波的相位匹配条件,证实了十年前理论上提出的增强内场。HHG与原子和团簇的分离允许确定团簇的HHG的振幅高5个数量级,对应于原子响应的4倍高的转换效率。这一发现提供了对大块材料的高次谐波机制的深入了解,并提供了一种有效的相干X射线源。
2016-06-06 physics.atm-clus physics.optics
Enhanced Third-Harmonic Generation in a Bound State in the Continuum Assisted Multiband All-Dielectric Metasurface
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)(阿卜杜拉国王科技大学)
该研究设计了含硅纳米块的全介质超表面,利用连续介质中的准束缚态实现多带Fano共振,增强了紫外多带三次谐波产生,为多带光子器件研发提供了新途径。
2026-09-30 physics.optics
Enhanced Transmission and Second Harmonic Generation from Subwavelength Slits on Metal Substrates
我们从理论上研究了二次谐波产生,起源于非线性,磁洛伦兹力长期从单一和多个孔刻在厚,不透明的金属基板。金属基板上的孔的线性传输特性先前已经在光的非凡传输的背景下进行了研究。传输过程由许多物理机制驱动,其特性和相对重要性取决于金属基底的厚度、狭缝尺寸和狭缝间隔。在这项工作中,我们表明,腔效应和表面等离子体激元产生的组合产生增强的二次谐波产生的制度的非凡的透射率的泵浦场。我们研究了前向和后向二次谐波产生转换效率作为几何参数的函数,以及它们如何与泵浦传输效率相关。共振现象在所产生的二次谐波信号中是明显的,因为转换效率取决于入射泵浦脉冲的持续时间,并且因此取决于其带宽。我们的研究结果表明,紧限制模式的激发以及增强的传输和非线性过程的组合可以导致几个潜在的新的应用,如光刻,扫描显微镜,和高密度光学数据存储设备。
2008-03-12 physics.acc-ph physics.optics
Controlling steady-state second harmonic signal via linear and nonlinear Fano resonances
甚至来自单个分子的非线性信号在等离子体纳米颗粒的热点处变得可见。在这些结构中,Fano共振可以通过两种方式控制非线性响应。\textit{(i)}线性Fano共振可以增强热点场,从而增强非线性信号。\textit{(ii)}非线性Fano谐振可以增强非线性信号而不增强热点。在这项研究中,我们比较了通过这两种方法获得的稳态下的二次谐波信号的增强。由于我们对稳态信号感兴趣,因此我们采用了在稳态下工作的线性增强。这与由于增强的等离子体激元寿命而出现在透明窗口中的暗热共振不同。
2018-05-03 physics.optics
Enhanced third-harmonic generation and degenerate four-wave mixing in an all-dielectric metasurfaces via Brillouin zone folding-induced bound states in the continuum
本研究在气孔型非线性超表面中引入布里渊区折叠诱导的连续域束缚态,实现了x和y偏振下三次谐波产生与简并四波混频的大幅增强,为芯片级非线性光学应用提供了新途径。
2024-11-19 physics.optics
Second harmonic generation in GaP photonic crystal waveguides
我们演示了磷化镓光子晶体波导中增强的二次谐波产生,测量的外部转换效率为5 $\times10^{-7}$ /W。我们的结果是有希望的频率转换的片上集成发射器具有宽光谱或大的非均匀加宽,以及频率转换的超短脉冲。
2011-05-31 physics.optics
Plasmon enhanced second harmonic generation by periodic arrays of triangular nanoholes coupled to quantum emitters
在线性和非线性制度与实验可实现的参数的三角形形状的纳米孔的周期性阵列的光学性质进行了研究。利用全矢量三维方法的基础上的非线性流体动力学Drude模型描述金属耦合到麦克斯韦方程和布洛赫方程的分子发射器,我们分析线性传输,反射和非线性功率谱。严格的数值计算证明二次和三次谐波产生的三角形孔阵列进行。结果表明,传导电子的库仑相互作用和对流项对金属的非线性响应有同等的贡献。结果表明,在局域表面等离子体共振泵浦下,系统的二次谐波能量转换效率最高。当分子发射器放置在孔阵列的表面上时,二次谐波信号的线形呈现出三个峰,对应于局域表面等离子体激元模式的二次谐波和上下极化激元态。
2020-02-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Two states hydrogenlike model for High-Order Harmonic Generation and enhanced XUV Generation from a coherent superposition of bound states
本文提出了一个解析的、全量子理论,研究了两态类氢原子模型在低频激光场中的高次谐波产生。该模型适用于偶极矩阵元的任意原子势作用,并可推广到描述任意偏振态的激光场,包括态的耗尽。在两个态的初始相干叠加的情况下,该理论清楚地解释了为什么可以获得高转换效率。我们的结果是基于量子干涉效应的复合通过不同的状态。我们证明了电子的四条量子路径对谐波谱有贡献。谐波转换效率与态(特别是激发态)的初态振幅和耗尽、复合时束缚态的剩余布居数以及不同的偶极强度成正比。对高转换效率的主要贡献是从激发态到基态的跃迁。
2011-04-17 physics.atom-ph physics.optics
Harmonic generation in bent graphene with artificially-enhanced spin-orbit coupling
我们从理论上研究了弯曲石墨烯的非线性响应,在存在人工增强的自旋-轨道耦合,这可以通过吸附原子沉积,或通过将弯曲石墨烯片与自旋-轨道有源衬底接触发生。我们讨论的自旋轨道耦合和弯曲产生的人工磁场之间的相互作用,Rashba和内在的自旋轨道耦合的情况下。对于后者,我们引入了一个自旋场相互作用的哈密顿直接解决电子自旋作为一个自由度。我们的研究结果表明,在这种情况下,通过控制自旋-轨道耦合的量,可以显着调整非线性信号的光谱,原则上实现光从THz到UV区域的有效转换。
2022-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Gold-polymer hybrid metasurface for polarization-independent enhanced third harmonic generation in the ultraviolet
Institute of Materials Science of Barcelona ICMAB – CSIC(巴塞罗那材料科学研究所);Aviation and Missile Center, US Army CCDC(美国陆军CCDC航空与导弹中心);University of Brescia(布雷西亚大学)
金-聚合物混合超材料实现极化无关的紫外波段高效第三次谐波生成,为多极化纳米光子器件提供新方案。
2025-12-22 physics.optics
Strongly Enhanced and Directionally Tunable Second-Harmonic Radiation by a Plasmonic Particle-in-Cavity Nanoantenna
二次谐波在非线性传感、显微镜和通信系统中具有重要的应用价值。当前设计的最大挑战之一是增强SH信号并同时以高方向性调谐其辐射方向。与以体偶极模式为主的线性等离子体散射相比,在加倍频率下的复杂表面诱导多极源设置了基本限制以控制来自金属纳米结构的SH辐射。在这项工作中,我们利用等离子体杂化机制与一个特殊的选择规则管理的SH辐射,实现高强度和可调方向的发射由金属粒子在腔纳米天线(PIC NA)。纳米天线建模与第一原理,自洽边界元法,它考虑了泵波的损耗。巨大的SH增强来自于小颗粒和大腔体之间的杂化间隙等离子体共振,该腔体用作聚光器和反射器。PIC-NA的中心对称性破缺不仅改变了间隙等离子体激元模式,增强了SH信号,而且使SH波重定向,具有单向发射。与现有文献相比,PIC-NA具有显著更大的SH转化效率。通过调整粒子的位置,辐射图案的主光束可以在宽角度上转向。
2016-11-15 physics.optics
Dispersion of third-harmonic generation in ultrastrongly coupled organic cavity polaritons
有机腔极化激元是由有机分子激子与光子在微腔中的强相互作用而产生的玻色准粒子。利用角度分辨反射三次谐波测量技术,对腔极化激元共振附近三次谐波的色散特性进行了实验研究。此外,三步非线性光学传输矩阵模型被用来模拟的三次谐波产生的总和状态色散的非线性系数,其中包括混合激子-光子极化激元状态。角度相关实验和模型计算结果一致,揭示了当三次谐波波长在上极化激元态附近时,三次谐波的输出会共振增强。极化激元色散的类激子分支上的增强程度更高。较低的极化激元增强的三次谐波产生是没有实验观察到的,由于在较长的波长,这也是与非线性传输矩阵建模的耦合不足。这些结果表明,总和状态的非线性色散是描述的过程,这意味着极化激元状态是在一个完整的一组状态形成的非线性光学响应的微扰计算的基础上的条款。研究结果还表明了通过入射角调谐实现波长捷变非线性光学响应的可能性。
2018-10-05 physics.optics
Enhanced third-harmonic generation induced by nonlinear field resonances in plasmonic-graphene metasurfaces
非线性超颖表面提供了新的范例,以提高光学效应超越传统材料的限制。在这项工作中,我们提出了一种替代方法来产生显着的三次谐波产生(THG)的基础上非线性场共振,而不是线性场增强,这是一个典型的战略,实现强非线性响应。通过设计和研究一种在太赫兹波段具有混合导模和连续模束缚态的非线性等离子体-石墨烯超颖表面,发现由于产生的弱三次谐波场与这些模之间的强共振,可以观察到具有窄带宽的三次谐波。这种强的非线性场共振极大地增强了光子-光子相互作用,从而导致整个系统的大的有效非线性系数。这一发现为非线性光学超颖表面的研究提供了新的契机。
2020-04-14 physics.app-ph physics.optics
Enhancing narrowband high order harmonic generation by Fano resonances
产生介质的光吸收光谱中的共振可以修改高次谐波的光谱。特别是,窗口型Fano共振可以减少在一个狭窄的光谱区域内的光吸收,因此,导致在吸收限制的发电条件下的高次谐波的增强发射。对于氩中的高次谐波产生,表明3s 3 p6 np 1 P1窗口共振(n= 4,5,6)引起增强的光子产额。特别是,在26.6 eV的3s 3 p6 4p 1 P1共振允许一个相对增强高达30倍相比,相邻谐波阶的特征光子发射。这种增强的、光谱隔离的和相干的光子发射线具有仅ΔE/E=3*10-3的相对能量带宽。因此,它可以直接应用于精密光谱学或相干衍射成像,而不需要额外的光谱滤波。该机制可用于剪裁和控制多种靶材料的高次谐波发射。
2014-01-13 physics.atom-ph physics.optics
Cavity-Enhanced High-order Harmonic Generation for High-Performance Time-resolved Photoemission Experiments
本文探讨了重复频率超10 MHz的腔增强高次谐波产生(CE-HHG)在结合飞行时间光电子分析仪的先进终端站中的应用,推动了超快XUV光电子发射实验进入性能与科学探索的全新阶段。
2024-10-15 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.chem-ph
Enhanced high-order harmonic generation in donor-doped band-gap materials
我们发现,施主掺杂的带隙材料可以提高几个数量级的整体高次谐波产生(HHG)的效率相比,未掺杂和受体掺杂的材料。这种显着的增强,预测与时间相关的密度泛函理论模拟,起源于最高占据的杂质状态,具有孤立的能量位于带隙内。考虑到杂质态电子隧穿进入导带,然后按照其能带结构运动直至复合,用三步模型对杂质态高次谐波进行了合理化。除了HHG效率的改善,施主型掺杂的结果在谐波截止不同的未掺杂和受主掺杂的情况下,解释了半经典分析的杂质态HHG。
2019-01-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
High-order harmonic generation enhanced by XUV light
从理论上研究了高次谐波产生(HHG)与芯电子的共振XUV激发到HHG过程中产生的瞬态价空位中的组合。在这种设置中,第一个电子执行HHG三步过程,而第二个电子拉比在核心和价空位之间跳跃。修正的HHG光谱,由于与价和核心的重组,确定和分析氪离子的3d - > 4p共振。我们假设800 nm激光的强度约为10^14 W/cm ^2,来自汉堡自由电子激光(FLASH)的XUV辐射的强度范围为10^13--10^16 W/cm ^2。我们的预测开辟了前景的非线性XUV物理,阿秒X射线,和HHG为基础的光谱涉及核心轨道。
2023-01-08 physics.atom-ph physics.optics
Mode-matching in multiresonant plasmonic nanoantennas for enhanced second harmonic generation
在极其有限的体积中提升非线性频率转换仍然是纳米光学、纳米医学、生物传感和无背景生物传感中的关键挑战。为了这个目的,等离子体纳米结构中的场增强通常被利用来有效地补偿在纳米级处的相位匹配的缺乏。然而,二次谐波产生(SHG)被原子尺度下等离子体材料和纳米天线设计中的高度对称性强烈猝灭。在这里,我们设计了一个等离子体纳米天线缺乏轴对称性,表现出空间和频率模式重叠的激发和SHG波长。这些功能在单个器件中的有效组合允许获得前所未有的SHG转换效率。我们的研究结果揭示了在纳米尺度上优化SHG的新方法,为基于非线性等离子体平台的新型纳米级相干光源和分子传感器件铺平了道路。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optically enhanced second harmonic generation in silicon oxynitride thin films via local layer heating
氮化硅中的强二次谐波产生(SHG)已被广泛研究,其中,激光诱导的Si 3 N4波导中的SHG增强。这种增强归因于相干光电流效应引起的全光极化。然而,用于Si 3 N4薄膜的类似工艺尚未报道。本文报道了在Si 3 N4薄膜中观察到的激光诱导3倍倍频增强效应。所观察到的增强具有许多类似于全光极化的特征,例如高度非线性的功率依赖性、累积效应或与Si_3 N_4-Si界面的连接。然而,低氧氮氧化硅薄膜的相同实验导致复杂的行为,包括激光诱导的SHG减少。通过深入的实验研究,我们认为这是由多光子吸收引起的热致倍频效应引起的。这种行为表明,SiOxNy-Si结构中光致SHG增强的起源可能是各种现象的复杂相互作用。
2022-12-19 physics.app-ph physics.optics
Second-harmonic generation in nonlinear plasmonic lattices enhanced by quantum emitter gain medium
本文报道了非相干能量泵作用下等离子体纳米结构与二能级量子发射体相互作用中二次谐波产生的理论研究。通过引入非谐表面等离子体激元(SPP)模耦合到量子阱,推广了驱动耗散Tavis-Cummings模型,并研究了相应的SPP-QE极化激元态的物理性质.我们的计算的SHG效率强QE-SPP耦合表明数量级的增强促进极化子增益。我们进一步讨论了时域数值模拟的SHG在一个正方形晶格组成的银纳米柱耦合到QE利用完全矢量非微扰非线性流体动力学模型耦合到麦克斯韦布洛赫方程的量子效应的传导电子。模拟支持增益增强的SHG的想法,并示出当QE与晶格等离子体激元模式共振调谐并通过非相干泵浦使其高于粒子数反转阈值时,SHG效率的数量级增加。通过改变泵浦频率和调谐QE到局部等离子体激元模式,我们证明了由强局部电场促进的SHG效率的进一步增强。入射光的偏振依赖的SHG的检查和参与等离子体激元模式的对称性。
2021-02-02 physics.chem-ph physics.optics
Quantum-enhanced second harmonic generation beyond the photon pairs regime
Institute of Photonics, Department of Physics, University of Strathclyde(斯特拉斯克莱德大学光子学研究所物理系);Como Lake Institute of Photonics, Dipartimento di Scienza e Alta Tecnologia(科莫湖光子学研究所科学与技术系);James Watt School of Engineering, University of Glasgow(格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院);School of Physics and Astronomy, University of Glasgow(格拉斯哥大学物理与天文学学院);Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR(意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所)
本研究通过实验和理论验证,在超过传统阈值的高强度下仍能实现量子增强的双光子过程,展示了其在实际应用中的潜力。
2025-04-21 physics.optics quant-ph
Optical anapole mode in nanostructured lithium niobate for enhancing second harmonic generation
利用高透明度材料产生二次谐波是产生真空紫外、紫外和可见光等特殊波长相干光源的一种有吸引力的方法。提高非线性转换效率对于量子光源、高分辨率非线性显微镜等领域的实际应用具有重要意义。本文利用锂尖晶石中的阿那普尔激发,在11 GW/cm ~ 2泵浦功率下,在282 nm的SH波长处获得了转换效率为0.01%的增强倍频(LiNbO 3,或LN)纳米盘通过占主导地位的d33非线性系数进行了研究。该结构具有强的远场散射抑制能力和良好的内场约束能力,有助于提高非线性转换效率。通过双曲型超材料结构设计,LN与衬底之间的高折射率对比度有助于LN纳米盘中的Anapoles。通过对双曲型超材料的多层结构进行剪裁,可以在不同的波长处调谐阿那普尔激发波长。这表明,通过对ε近零(ENZ)双曲超材料衬底的不同设计,可以在宽范围的泵浦光波长下实现增强的二次谐波。本研究所提出的奈米结构可能对整合光学等奈米尺度的光与物质相互作用有重要的意义。
2020-03-22 physics.optics
High-order harmonic generation from Rydberg atoms driven by plasmonic-enhanced laser fields
我们从理论上研究了空间非均匀激光场驱动下里德伯原子中的高次谐波产生。众所周知,当惰性气体原子处于其基态时,要产生高次谐波,激光强度必须超过一定的阈值。增强来自常规激光振荡器的相干光的一种方式是利用由所谓的表面等离子体激元获得的放大,当低强度激光场聚焦到金属纳米结构上时产生表面等离子体激元。该方案的主要限制是纳米结构工程中所用材料的低损伤阈值。在这项工作中,我们建议使用里德伯原子,驱动的空间不均匀,等离子体增强的激光场,高次谐波。我们详尽地讨论了这些系统在产生相干谐波发射的行为和效率。为此,我们数值求解了含时薛定谔方程的一个原子的电子最初在一个高度激发的$n$ -th里德伯态,位于附近的金属纳米结构,其中的电场的空间变化的尺度上的激光电离的电子的动力学。然后,我们采用一个更现实的情况下,当一个三维氢原子的等离子体增强激光场的相互作用建模。我们讨论了相关的输入参数的标度与问题的里德堡态的主量子数$n$,并证明,谐波发射可以实现从里德伯原子远低于损伤阈值,从而不会恶化的几何形状和金属纳米结构的属性。
2015-12-16 physics.atom-ph physics.optics
Self-enhanced coherent harmonic amplification in seeded free-electron lasers
提出基于自调制和超辐射的种子自由电子激光新方案,在MHz重复率下产生水窗范围内约2GW的飞秒软X射线脉冲,实验验证了高达15次谐波的自增强相干信号产生。
2023-06-29 physics.acc-ph physics.optics
Enhanced second harmonic generation in high-$Q$ all-dielectric metasurfaces with backward frequency conversion
本文利用全介质超表面中的高-Q quasi-BIC共振研究AlGaAs二次谐波产生,通过引入基波场非线性极化修正项建立耗尽模型,揭示了后向频率转换使SHG效率降低14.3%,为设计高效非线性超表面提供重要指导。
2024-06-12 physics.app-ph physics.optics