Non-perturbative Hydrodynamic Model for Multiple Harmonics Generation in Metallic Nanostructures
自由电子气的光学响应导致通过强局部场增强和固有复杂电子动力学实现的纳米结构等离子体材料的固有非线性光学行为。我们提出了一个全面的处理微观极化的传导电子在时域中使用完整的流体动力学描述，允许自洽建模的线性和非线性响应和多个谐波的产生。对流加速，磁贡献的洛伦兹力，量子电子压力，和纳米结构的边界的影响已被考虑到导致同时出现的第二和第三谐波。所开发的方法提供了一种最终的方法来调查任意形状的复杂的纳米尺度等离子体结构的非线性响应，并能够解决其自洽的非线性动力学。
2014-05-19 physics.optics
Extreme sensitivity of nonlinear trajectories enhances optical spectral broadening
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
该研究通过理论和实验证明，光子分子（多耦合纤芯波导）利用非线性轨迹对初始条件的极端敏感性，能在相同输入功率下产生比单芯光纤更宽的超连续谱，为非线性光纤设计提供了简单改进方案。
2026-07-31 physics.optics
Achiral nanostructures: perturbative harmonic generation and dichroism under vortex and vector beams illumination
本文研究涡旋与矢量光束照射非手性纳米结构时的线性及非线性二向色性，通过对称性分析推导圆二向色性产生条件，以助力手性传感器和光镊设计。
2024-05-15 physics.optics
Sensitivity Enhancement of Third-order Nonlinearity Measurement in THz Frequency Range
本文首次将灵敏度比传统方法高一个数量级的 eclipse Z-scan 技术用于太赫兹频段，测得 LiNbO3 非线性折射率约为 10^-11 cm^2/W，验证了该技术可用于表征更低非线性折射率材料。
2024-05-06 physics.optics
Mixed perturbative expansion: the validity of a model for the cascading
建立了一种新的微扰展开式，对一些常用的模型方程进行了严格的推导，并阐明了它们的适用范围。该模型描述了两个短的和本地化的脉冲，基波和二次谐波，在具有非零二阶极化率$χ^(2)$的体单轴晶体中一起传播，并通过非线性光学中称为“双折射”的非线性效应相互作用的调制的演变。微扰方法将磁化率的多尺度展开与幂级数展开混合，并且必须仔细地适应物理情况。它允许确定模型有效的物理条件：离散、相位失配和各向异性的数量级必须具有确定的值。
2002-11-18 physics.optics
Sensitivity of propagation and energy deposition in femtosecond filamentation to the nonlinear refractive index
在改变激光脉冲宽度、能量和聚焦f数的条件下，测量了空气中飞秒激光的轴向效应。细丝的特征在于从激光脉冲的能量的超快z依赖吸收，并通过测量产生的局部单周期声波来诊断。结果进行了比较，2D+1模拟脉冲传播，其结果是高度敏感的瞬时（电子）部分的非线性响应的$N_2$和$O_2$。我们发现[JK]中最近对非线性折射率（$n_2$）的测量Wahlstrand等人，物理学修订版A。85，043820（2012）]提供了实验和模拟之间的最佳匹配和极好拟合。
2014-11-18 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
Spectral Singularities with Directional Sensitivity
我们提出了一类光谱奇异性，是敏感的激发方向和所产生的非线性系统破缺宇称对称性。这些光谱奇异性对入射光束的方向很敏感，并导致左（右）入射的透射和反射发散，而系统右（左）侧的透射和反射保持有限。出于教学的原因，首先，我们回顾了散射形式主义在非线性系统中使用一个抽象的δ函数模型。然后利用宇称对称破缺的非线性系统，证明了我们提出的谱奇异性的存在性。然后，我们使用一个实验上可行的现实模型的基础上耦合盘谐振器，我们确定的频谱奇异性与方向灵敏度（SSDS）。我们提出的SSDS可能在设计非线性传感器中有应用。此外，它可以提供一个解决方案，在泵浦激光腔的烧孔问题。
2020-10-02 physics.optics
Terahertz two-dimensional coherent spectroscopy: unlocking coherent quantum intraband nonlinear dynamics
Chonnam National University（全南国立大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文建立统一理论框架，利用太赫兹二维相干光谱解锁量子材料带内非线性动力学，并综述其在等离子体激元、声子等研究中的应用。
2026-09-15 physics.optics
Non-perturbative theory of spontaneous parametric down-conversion in open and dispersive optical systems
提出基于格林函数量子化的非微扰理论，以描述任意损耗、色散和高增益条件下开放纳米非线性光学系统中的自发参量下转换，并通过集成未探测光子量子光谱学示例发现新的增益依赖效应。
2023-11-08 physics.optics quant-ph
Geometry and Perturbative Sensitivity of non-Smooth Caustics of the Helmholtz Equation
利用Fock-Schwinger本征时间公式分析了Helmholtz方程解中非光滑$A_{n>2}$焦散线的几何性质。在本说明书中，$A_3$或尖焦散与复固有时间平面中称为爱因斯坦作用量的极点密切相关。极点的残基在空间曲线上消失，称为鬼源，尖点与鬼源相连。尖点沿鬼源的位置与极点的大小有关。一个类似的地图，提出了有关的einbein行动的基本奇点高阶焦散。的奇异性是源于退化的某一狄利克雷问题的einbein是不同的。因此，爱因斯坦作用量的奇点，以及焦散几何的相关方面，对于折射率的大类扰动是不变的。
2019-06-04 hep-th math-ph math.MP
Highly-efficient perturbative Raman shifting by engineering the nonlinear temporal response
School of Applied and Engineering Physics, Cornell University（康奈尔大学应用工程物理学院）；CREOL, The College of Optics and Photonics, University of Central Florida（中佛罗里达大学光学与光子学院CREOL）
本文提出一种时域理论方法，统一描述拉曼相互作用的所有时间尺度，揭示了拉曼时间动态的可视化及谱时特性，实验显示量子效率提升四倍，为实现单位效率的拉曼移位提供新框架。
2026-10-01 physics.optics
Perturbative Dynamics of Stationary States in Nonlinear Parity-Time Symmetric Coupler
本文从动力学的角度研究了非线性宇称时间对称耦合器。与线性PT耦合器相反，在线性PT耦合器中，PT阈值决定两个波导中的光功率的演变特性，在非线性耦合器中，PT阈值决定稳定点的存在。我们发现，当增益/损耗系数从零增加到超过PT阈值时，基态的稳定性经历了一个相变。此外，我们发现，在初始条件的不稳定性可以导致非周期振荡以及指数增长和衰减的光功率。在PT阈值，我们观察到的波动增益/损失系数的影响下，存在一个稳定的吸引子。相平面分析表明存在环形混沌吸引子。混沌动力学可以通过明智地选择波导参数来控制。
2016-12-08 nlin.CD physics.class-ph physics.optics
Higher-order contributions and non-perturbative effects in the non-degenerate nonlinear optical absorption of direct-gap semiconductors
本文利用包含带内和带间激发的两带模型的半导体Bloch方程，研究了直接带隙半导体对单个和多个光脉冲的非线性吸收。对于一个一致的分析的贡献，吸收起源于带间极化和带内电流需要包括在内。在布洛赫方程方法中，这些贡献以及不同的激发途径在带间和带内激发的序列方面可以分别进行评估，这允许进行透明的分析，识别主导项，并分析它们对激发条件的依赖性。在微扰制度下，我们获得了连续波激发下的多光子吸收系数的解析表达式。这些结果表明，同意短脉冲和/或有限的退相和弛豫时间的数值结果，我们证实了先前预测的强增强的双光子吸收的非简并条件脉冲激发。我们讨论了光的频率，初始带人口，和脉冲之间的时间延迟的依赖关系。非简并激发的双光子吸收系数的频率依赖性在三阶微扰评估。高阶贡献的光吸收包括三光子和四光子吸收，并显示出丰富的频率依赖性，包括负区域和色散线形。布洛赫方程的非微扰解表明，在泵浦-探测装置中，对于单个入射脉冲，强度依赖的光吸收具有强烈的非单调行为。
2018-12-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phase sensitivity of gain-unbalanced nonlinear interferometers
非种子非线性干涉仪的相位不确定性，其中一个非线性晶体的输出被传输到分析它的第二个晶体的输入，通常被认为是低于散粒噪声水平，但高度依赖于检测和内部损耗。使第一（源）和第二（分析器）晶体的增益不平衡导致容忍检测损失的配置。然而，就灵敏度而言，选择更强的分析仪而不是更强的源没有优势，因此与散粒噪声水平的比较并不简单。内部损耗打破了这种对称性，并表明源或分析器是否占主导地位至关重要。基于这些结果，声称灵敏度的海森堡标度比平衡设置更微妙。
2017-11-29 physics.optics quant-ph
Nonlinear magneto-optic effects in doped graphene and gapped graphene: a perturbative treatment
研究了垂直磁场作用下带隙石墨烯和掺杂石墨烯的非线性磁光响应。电子态用朗道能级描述，电子在光场中的动力学通过求解运动方程中的密度矩阵得到。在狄拉克点附近的线性色散近似，线性电导率和三阶非线性电导率的数值计算红外频率。研究了三次谐波产生、克尔效应、双光子吸收和四波混频等非线性现象。所有的光学电导率显示出强烈的依赖于磁场。在弱磁场下，我们对掺杂石墨烯的研究结果与文献中的结果一致。我们还提出了带隙石墨烯的电导率的光谱。在强磁场下，三阶电导率随磁场和光子能量的变化而出现峰值。这些峰是由不同朗道能级之间的共振跃迁引起的。分析了谐振通道、峰值位置和发散角。电导率可以被极大地修改，高达数量级。研究了电导率与能隙参数和化学势的关系。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Non-perturbative Interband Response of InSb Driven Off-resonantly by Few-cycle Electromagnetic Transients
利用场分辨四波混频光谱技术研究了多太赫兹脉冲下InSb体材料的相干非线性响应。在振幅高于5 MV/cm时，信号显示出清晰的时间子结构，这在微扰非线性光学中是出乎意料的。基于一个二能级量子系统的模拟表明，尽管强非共振特性的激发的高场脉冲驱动的带间共振到拉比跳跃的非微扰制度。
2012-08-29 cond-mat.other physics.atom-ph physics.optics
Nonperturbative approach to the nonlinear photon echo of V-type system
非线性光谱分析广泛用于研究凝聚相物质的动力学和结构，通常采用微扰方法，注意到激光和感兴趣的物质之间的弱相互作用。然而，一旦激光与物质之间的相互作用很强，这种微扰方法就不再适用。将量子动力学演化方法应用于信号的计算，给出了非线性光谱的非微扰响应形式。在这种新的方法中，我们证明，除了在微扰方法中的三阶项，高阶项的非线性信号的双脉冲和三脉冲光子回波（2PPE和3PPE）有重要的贡献。以一个在量子光学研究中有着广泛应用的三能级V型系统为例，给出了详细的计算过程。我们考虑了环境的影响，通过一个纯粹的退相机制与每个分子的本地化模式和分子之间的共享模式。
2022-06-22 physics.chem-ph physics.optics
Magnetometric sensitivity optimization for nonlinear optical rotation with frequency-modulated light: rubidium D2 line
处于基态的碱原子的原子自旋极化可以在与石蜡涂层细胞壁的数千次碰撞中幸存下来。由此产生的长自旋弛豫时间实现抽真空，石蜡涂层的细胞，使原子自旋进动和基态塞曼子能级的能量位移的精确测量。在本工作中，非线性磁光旋转频率调制光（FM NMOR）被用来测量磁场诱导的自旋旋进的铷原子中的石蜡涂层的细胞。本文研究了铷D2线调频NMOR的磁敏灵敏度随光功率、失谐量、调频幅度和铷蒸气密度的变化。对于温度T ~ 35 ℃的5 cm直径电池，发现最佳散粒噪声投影磁力灵敏度为2 x 10^{-11} G/Hz^{1/2}（对应于对自旋进动频率的灵敏度为~ 10 microHz/Hz^{1/2}或对塞曼次能级位移的灵敏度为~ 4 x 10^{-20} eV/Hz^{1/2}）。
2009-07-04 physics.atom-ph physics.optics
Non-perturbative generation of above-threshold harmonics from pre-excited argon atoms in intense mid-infrared laser fields
利用中红外飞秒激光脉冲，对处于激发态的氩原子产生阈上谐波进行了实验研究。观测信号与驱动激光脉冲能量和偏振态的高度非线性关系表明了其非微扰特性。
2015-10-18 physics.atom-ph physics.optics
Nonlinear Interference in Crystal Superlattices
具有相关光子的非线性干涉仪通过提高其性能和可负担性而有望推进光学表征和计量技术。非线性干涉仪提供亚散粒噪声相位灵敏度，并能够使用廉价高效的组件在具有检测挑战性的区域进行测量。通过使用多个非线性元件或晶体超晶格，可以显著增强由测量干涉条纹的小偏移的能力定义的这种干涉仪的灵敏度。然而，到目前为止，只有不超过两个非线性元件的实验已经实现，从而阻碍了非线性干涉仪的潜力。在这里，我们建立了一个高稳定性和多功能配置的非线性干涉仪与多达五个非线性元件。我们研究了超晶格的不同配置中的干涉图案的修改，并进行了具有增强灵敏度的概念验证气体传感实验。我们的方法提供了一个可行的路径，更广泛地采用非线性干涉仪与相关的光子成像，干涉测量和光谱。
2019-10-23 physics.optics quant-ph
Enhancing the speed and sensitivity of a nonlinear optical sensor with noise
我们演示了如何将噪声转化为使用非线性腔的光学传感的优势。该腔由连续波激光器驱动进入光学双稳区。由于涨落的影响，腔在两个状态之间随机切换。通过分析在这两种状态下的停留时间，可以检测到对腔的谐振频率的扰动。在这里，这样的分析被呈现为扰动和噪声的强度的函数。通过增加噪声的标准差，我们发现，检测速度单调增加，而灵敏度峰值在一个有限的值的噪声强度。此外，我们还讨论了如何在最先进的实验平台中优化噪声辅助传感，仅依赖于腔体中因耗散而存在的最小噪声量。这些结果为在低功率和噪声环境下超快检测纳米颗粒、污染物、气体或光学谐振器的谐振频率的其他扰动开辟了新的前景。
2019-08-15 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
