Quasi-trapped modes in metasurfaces of anisotropic MoS$_2$ nanoparticles for absorption and polarization control in the telecom optical range
我们研究了单材料各向异性纳米二硫化钼（MoS $_2$）及其二维阵列（超表面）在通讯光学范围内的平面波照射下的共振光学响应。被认为是在一个中心和移位孔盘的形式的纳米粒子。使用最近的实验测量的MoS $_2$介电常数和解析多极分析的数值计算，我们表明，材料的各向异性的纳米粒子可以导致特定的非局部贡献，在其磁和电偶极子响应，并影响有效的偶极子极化率。应用一个特殊的程序，我们确定的周期的MoS $_2$超颖表面支持准陷阱模式（QTM）谐振周围的tellecom波长为1550 nm。结果表明，无论单个纳米颗粒的吸收非常弱，QTM的激发导致超颖表面中的有效窄带吸收。研究了垂直入射波的线偏振方向对QTM实现及反射和透射谱的影响。首次发现并证明了由MoS $_2$圆盘组成的超颖表面具有连续双折射介质的性质，其各向异性与超颖表面平面相似。由于这些性质，垂直入射和线性偏振波可以转换为具有改变的偏振的透射和反射波。
2021-09-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bridging the Mid-Infrared-to-Telecom Gap with Silicon Nanophotonic Spectral Translation
硅纳米光子集成电路平台远远超出了电信波长光互连的传统应用，最近证明了其在2-8 μm范围内处理中红外（中IR）光信号的优点。中红外集成光学系统能够解决包括工业过程和环境监测、威胁检测、医疗诊断和自由空间通信在内的应用。快速的进展导致了各种硅元件的演示，这些元件是为中红外信号的片上处理而设计的，包括波导、垂直光栅耦合器、微腔和电光调制器。即便如此，芯片级系统持续发展的一个显著障碍是窄带隙半导体，如InSb和HgCdTe，传统上用于将中红外光子转换为电流。抑制暗电流噪声所需的低温或多级热电冷却（指数地取决于比率Eg/kT）可能限制用于中IR的小型、低功率和低成本集成光学系统的开发。然而，如果中IR光信号可以在光谱上转换为更短的波长，例如在近红外电信波段内，使用较宽带隙半导体（例如InGaAs或Ge）的光电检测器可用于消除过高的冷却要求。此外，电信波段探测器与中红外探测器相比，通常具有更高的探测率和更快的响应时间。在这里，我们解决这些挑战与硅集成的方法来光谱转换，通过采用有效的四波混频（FWM）和大的光学参量增益在硅纳米光子线。
2012-08-14 physics.ins-det physics.optics
Single-photon blockade in optomechanical photonic crystal cavity with third-order nonlinearity
对弱驱动下具有克尔型非线性的光机械光子晶体腔中的光子统计特性进行了解析和数值分析。通过计算零时延二阶关联函数$g^{(2)}(0)$，证明了单光子阻塞效应。通过求解薛定谔方程得到的解析结果与通过数值求解量子主方程得到的结果完全一致。最先进的设备参数的实验可行性进行了讨论。结果表明，即使在较低的非线性极化率参数和较弱的单光子光机械耦合条件下，系统也能在通信波长处产生光子阻塞，并且对纯退相引起的退相干具有很强的鲁棒性。
2016-12-22 physics.optics quant-ph
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
An on-chip diamond optical parametric oscillator
高效的片上光学非线性处理对于开发用于光谱学、计量学、传感以及经典和量子光学信息处理的紧凑、鲁棒、低功耗系统具有极大的兴趣。金刚石由于其特殊的性质，在这些应用中有希望。然而，尽管在集成金刚石光子学平台的开发方面取得了重大进展，但除了大块样品中的拉曼过程之外，还没有对金刚石中的光学非线性进行过多的探索。在这里，我们演示了光参量振荡（OPO）通过四波混频（FWM）的单晶金刚石（SCD）的光网络片上波导耦合的微波谐振器组成。工作在电信波长的超高品质因数（1*10^6）金刚石环谐振器实现了低至20mW的阈值功率，并且从单频泵浦激光器产生多达20个新波长。我们还报告了由于三阶非线性金刚石在电信波长的非线性折射率推断。
2013-09-04 physics.optics
Nonlinear optical response spatial self-hase modulation in MoTe2: correlations between \c{hi}(3) and mobility or effective mass
本文报道了在MoTe2色散中三阶非线性光学效应空间自相位调制（SSPM）的清晰观测。利用SSPM方法，分别在473、532、750和801 nm激发波长下，得到了MoTe 2，\c{hi}（3）单层的三阶非线性光学系数的有效值。用风铃模型解释了环的形成时间。\c{hi}（3）单层的波长依赖性与光吸收光谱相当好。值得注意的是，我们发现了\c{hi}（3）与载流子迁移率μ或有效质量m* 之间的相关性，这再次进一步支持了2D材料中激光诱导的交流电子相干性。
2019-10-16 physics.app-ph physics.optics
Characterization of the second- and third-order nonlinear optical susceptibilities of monolayer MoS$_2$ using multiphoton microscopy
我们报告的二次和三次谐波产生在单层的MoS $_\mathrm{2}$作为一种工具，用于成像和准确地表征材料的非线性光学性能在1560 nm激发。使用表面非线性光学处理，我们推导出表达式相关的实验测量的第二和第三阶非线性片的磁化率的大小，获得值的$|χ_s^{(2)}|=2.0\times10^{-20}$ m $^2$ V $^{-1}$和第一次为单层钼$_\mathrm{2}$，$|χ_s^{(3)}|=1.7\times10^{-28}$ m $^3$ V $^{-2}$。这些片材极化率对应于$|χ_{b}^{(2)}|=2.9\times10^{-11}$ m V $^{-1}$和$|χ_{b}^{(3)}|=2.4\times10^{-19}$ m $^2$ V $^{-2}$的有效体积非线性极化率值，说明了片材厚度。还进行了MoS $_\mathrm{2}$和石墨烯之间的实验比较，证明了单层MoS $_\mathrm{2}$中的$\sim$ 3.4倍的三阶非线性，突出了该材料在电信C波段的非线性光子学的潜力。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Continuous-wave operation and 10-Gb/s direct modulation of InAsP/InP sub-wavelength nanowire laser on silicon photonic crystal
利用低温下的光抽运技术，在硅光子晶体上实现了亚波长（~111 nm直径）单纳米线（NW）连续波（CW）激光器，并实现了10 Gb/s的直接调制。为了估计小信号响应和伪随机位序列（PRBS）调制我们的CW激光器，我们采用了一种新的信号检测技术，采用超导单光子探测器和时间相关单光子计数模块。结果表明，我们的NW激光器在10 Gb/s以上被明确调制，并获得了一个开放的眼模式。这是第一个演示的电信波段CW NW激光器与高速PRBS调制。
2017-02-09 physics.optics
$χ^{(2)}$-Induced Artifact Overwhelming the Third-Order Signal in 2D Raman-THz Spectroscopy of Non-Centrosymmetric Materials
本文证明传统EOS检测方案不平衡引起的$χ^{(2)}$伪影会淹没非中心对称材料二维拉曼-太赫兹光谱中的三阶信号，并提出特殊检测方案成功抑制伪影并分离出揭示声子耦合的交叉峰。
2024-08-29 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
Third-order terahertz optical response of graphene in the presence of Rabi Oscillations
石墨烯由于其独特的能带结构而表现出非线性响应。在本文中，我们研究了太赫兹（THz）响应的金属扶手椅型石墨烯纳米带，特别是电流密度和拉比振荡超越半经典玻尔兹曼模型。我们进行了量子数学建模，首先找到一个解决方案，在偶极规范中的单个费米子的未微扰哈密顿量，然后施加极化，太赫兹电场。在根据狄拉克系统的四个本征态写出解之后，我们数值计算了由施加太赫兹电场产生的感应电流密度的$x$和$y$分量。由于在我们的光学响应的计算中包含拉比振荡，我们预测奇次和偶次谐波，以及在太赫兹制度的功率密度谱的连续振荡。最后，我们展示了功率谐波的快速衰减。
2021-07-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhancing the ultrafast third order nonlinear optical response by charge transfer in VSe2-reduced graphene oxide hybrid
本文通过构建VSe2-还原氧化石墨烯电荷转移杂化体系，利用密度泛函理论与光致发光测量揭示其电子耦合机制，将超快三阶非线性光学响应提升至少一个数量级，并制备出性能更优的超快光限幅器件。
2023-07-07 physics.optics
Ultrafast Third-Order Nonlinear Optical Response of Charge Coupled Gold Nanoparticle-Ge24Se76 Heterostructure
本文制备了AuNP/Ge24Se76电荷耦合异质结构，发现其超快三阶非线性吸收和折射响应增强且符号反转，并通过拉曼光谱和瞬态吸收证实电荷转移机制，为非线性光学器件开发提供新途径。
2023-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
The effects of microscopic scattering on terahertz third harmonic generation in monolayer graphene
由于其线性色散，单层石墨烯有望在太赫兹频率下产生三次谐波响应。这种效应有各种不同的模型，最近已经在实验中观察到了。然而，关于散射对石墨烯中谐波产生的作用仍然存在相当大的不确定性。在这项工作中，我们在太赫兹频率的掺杂单层石墨烯模型的三次谐波产生采用最近邻紧束缚模型的长度规范。我们在微观水平上考虑了光学声子和中性杂质的散射，研究了散射对三次谐波响应的影响。我们还比较了唯象半经典理论的结果，使用从模拟中提取的依赖于场的散射时间，并发现一个显着较低的三次谐波场比从微观模型中发现的。这表明三次谐波产生比线性响应对散射的性质更敏感。我们还比较了我们的完整模拟的结果，最近的实验结果，并找到定性的协议。
2022-02-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Experimental verification of a self-consistent theory of the first-, second-, and third-order (non)linear optical response
我们表明，结合线性吸收光谱，超瑞利散射，和理论分析，使用求和规则，以减少参数空间的大小，导致预测的双光子吸收截面的染料AF 455，同意双光子吸收光谱。我们的程序，这需要几种测量技术之间的自我一致性，不使用可调参数，提供了一种手段，用于确定严格基于实验表征的主导激发态之间的过渡时刻。我们的新方法使用求和规则和分子对称性来严格减少所需物理量的数量，这使之成为可能。
2009-08-21 physics.chem-ph 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
Enhanced optical Kerr effect method for a detailed characterization of the third order nonlinearity of 2D materials applied to graphene
使用增强的光学外差光学克尔效应的方法和理论描述的光束，单层石墨烯，和它的衬底之间的相互作用，我们提供的石墨烯三阶非线性光学响应的理论模型所提出的问题的实验答案。特别是，我们分别测量的非线性极化率的两个主要张量分量的时间响应，我们验证的假设，面外张量分量是小的，我们量化的基板上的测量系数的光学影响。我们的方法可以应用于其他二维材料，因为它主要依赖于厚度和波长之间的小比率。
2017-11-30 physics.optics
Layer Tunable Third-Harmonic Generation in Multilayer Black Phosphorus
黑磷由于其独特的能带结构（既依赖于层又各向异性）而成为人们日益关注的主题。虽然许多人已经研究了黑磷的线性光学响应，但非线性响应仍然相对未被探索。本文报道了用超快近红外激光在黑磷中观察到三次谐波，并首次在实验上测量了Chi（3）。结果发现，三次谐波发射是高度各向异性的，依赖于入射偏振，并强烈变化的层数存在由于信号耗尽和相位匹配条件。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Gate-Tunable Multi-Band van der Waals Photodetector and Polarization Sensor
本文开发了一种基于全范德华材料的栅极可调多波段光电探测器，实现近红外/可见光与短波/中波红外切换及偏振调制，具有高探测率和快速响应，可用于双波段成像。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci 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
Strong magnetic response of submicron Silicon particles in the infrared
具有共振磁特性的高介电常数介电粒子正在被探索作为微波领域中新的超材料和器件的构成元素。由于光学材料在可见光或红外区的固有低折射率，预计低损耗介电纳米颗粒在这些区域的磁性不会出现。在这里，我们分析了由中等介电常数材料制成的无损耗介电球体的偶极电磁响应。对于低材料折射率，由于不同多极贡献之间的强重叠，没有尖锐的共振。然而，我们发现，折射率为3.5和半径约为3.5的硅颗粒。200 nm在电信和近红外频率（即波长约为100 nm）中呈现偶极和强磁共振响应。1.2-2微米）。此外，由这些Si粒子散射的光可以完美地描述由偶极电场和磁场，四极和更高阶的贡献可以忽略不计。
2010-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Intraband divergences in third order optical response of 2D systems
大的非线性光学系数的存在是非线性光学材料应用于非线性光学器件的前提之一。对于晶体来说，这样大的系数可以通过使光子能量与不同能带之间的共振能量相匹配来实现，因此晶体能带结构的细节起着重要的作用。在这里，我们表明，大的三阶非线性通常也可以通过不同的策略获得：作为任何的入射频率或任何两个或三个频率的总和接近零，掺杂或激发的电子态的人口导致发散的贡献的感应电流密度。我们把这些称为带内分歧，类比的德鲁德电导率在线性响应的行为。物理上，这种共振过程可以与带内和带间光学跃迁的组合相关联。电流引起的二阶非线性，相干电流注入，和急动电流都与这种分歧，我们发现在一定条件下，在简并四波混频和交叉相位调制类似的分歧。这些分歧是有限的带内弛豫参数，并导致一个大的光学响应，从一个高品质的样品，我们发现他们是非常强大的相对于能带结构的细节变化。为了清楚地跟踪所有这些效应，我们分析了带隙石墨烯，将电子描述为大量狄拉克费米子;在弛豫时间近似下，我们推导出三阶电导率的解析表达式，并确定了描述相关非线性现象时出现的分歧。
2018-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetoplasmonic Quasicrystals
纳米磁光材料的光共振特性为利用磁场实现光控制开辟了一条非常有效的途径，这对于通信和传感应用具有重要意义。然而，由于其谐振特性，它们的响应通常是窄带的。在这里，我们展示和研究一种新型的磁等离子体结构，磁等离子体准晶，它表现出独特的磁光响应。它由磁性介电膜覆盖的薄金层穿孔的狭缝形成斐波那契样的二元序列。横向磁光克尔效应（TMOKE）获得可控的多个等离子体相关共振，导致在宽频率范围内的磁光响应。宽带TMOKE是有价值的许多纳米光子学应用，包括光学传感，控制光，全光控制磁化等另一方面，TMOKE光谱是一个有效的工具，用于调查的特性等离子体准晶体。
2018-02-13 physics.optics
Impact of surface charge depletion on the free electron nonlinear response of heavily doped semiconductors
我们提出了表面调制的平衡电荷密度作为一种技术来控制和增强，通过外部的静态电位，自由电子的非线性响应的重杂质半导体。在流体动力学微扰方法中，我们预测了自由电子三次谐波产生的两个数量级的提升。
2022-05-06 physics.optics
Perturbation theory for graphene integrated waveguides: cubic nonlinearity and third harmonic generation
我们提出了微扰理论分析的一般三阶非线性过程中的石墨烯集成光子结构。将石墨烯的光学响应作为麦克斯韦方程组的非线性边界条件。推导出的模型应用于分析三次谐波产生的石墨烯涂层介质微纤维。当在亚毫米长光纤中使用具有$0.1$ nJ量级的能量的亚皮秒泵浦脉冲时，当在石墨烯非线性电导率$\hbarω=(2/3)E_F$的共振附近操作时，预测高达百分之几的效率。
2016-05-20 physics.optics
Applying universal scaling laws to identify the best molecular design paradigms for third-order nonlinear optics
第二超极化率的基本极限的缩放被用来定义固有的第二超极化率，这有助于识别每单位分子尺寸具有超大非线性光学响应的材料类别。内在的非线性响应是一个大小无关的度量，我们适用于比较类的分子同系物，这是通过添加重复单元，以延长其长度。提出了几个新的数字的优点，不仅量化的内在的非线性响应，但也如何第二超极化率增加的分子类内的大小。标度类型可以分为次标度、遵循极限理论的名义标度和超标度行为。具有大的固有非线性的超尺度同系物是最有前途的，因为它们有效地利用了增加的尺寸。我们将我们的方法应用于文献中的数据，以确定最佳的超尺度分子模式，并阐明重要的基本参数。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theory of plasmonic effects in nonlinear optics: the case of graphene
我们发展了一个电子-电子相互作用修正的微观大$N$理论，用于描述二阶和三阶非线性响应函数的多足费曼图。我们的理论，这减少到众所周知的随机相位近似的线性响应极限，是完全通用的，是有用的，以了解所有的二阶和三阶非线性效应，包括谐波产生，波混频，和光子阻力。我们应用我们的理论框架的情况下，石墨烯，进行微观计算的相互作用的二维（2D）气体的无质量狄拉克费米子的二阶和三阶非线性响应函数。我们将我们的结果与最近的测量结果进行比较，其中石墨烯等离子体激元的全光发射已经凭借这种反转对称的2D材料的准均匀二阶非线性响应的有限性实现。
2016-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Graphene optical nonlinearity: From the third-order to the non-perturbative electrodynamic regime
发展了一种石墨烯光学非线性的非微扰模型，用于研究超快脉冲沿单层的传播，如含石墨烯的纳米光子集成波导的情况。这种石墨烯“热电子”模型（GHEM）建立在早期工作的基础上，基于二维半导体的费米-狄拉克框架，其主要目的是在自由空间激光束照射下单层的稳态吸收响应。我们的扩展适应的GHEM平面内光物质相互作用下沿石墨烯单层强烈的ps脉冲激发，导致载流子密度饱和制度。我们首先提供了一个定量概述的“经典”微扰三阶非线性响应，然后研究石墨烯的静态和瞬态响应作为GHEM参数的函数，重点是单层质量和电压可调性。这些结果进行了比较，饱和吸收和非线性折射的唯象模型，最近的实验工作显示出良好的一致性。总之，GHEM将实验观察到的吸收和折射光学非线性统一在一个单一的多参数框架中，因此能够评估衍射限制纳米光子波导等结构中的电压可调光-物质相互作用。这种形式主义可以很容易地采用太赫兹频率，适应多通道（例如泵浦探测）的非线性效应，或开发，包括载波和晶格温度扩散，以扩展其有效性阈值。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall 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
2D MoS$_2$/Au interfaces for enhanced opto-electronic response with sub-bandgap photons
Guangdong Technion-Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Technion-Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
通过在MoS₂上沉积金纳米颗粒，利用子带隙光子增强单层MoS₂的光电响应，实现显著提升的光电流。
2025-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
