Soliton compression to few-cycle pulses with a high quality factor by engineering cascaded quadratic nonlinearities
提出了一种利用多节结构的非线性晶体来提高具有级联二次非线性的少周期孤子压缩的有效方法。通过对级联二次非线性项的工程化处理，在每一段实现了低有效阶数的孤子压缩，从而获得了高质量的、压缩因子较大的短周期脉冲。每个后续部分都被设计为使得离开前一部分的压缩脉冲经历与适度的孤立子阶数对应的总体有效自散焦立方非线性，该阶数保持大于1以确保进一步压缩。这是通过增加新部分中的级联二次非线性来实现的，同时降低了残余相位失配。每一段的低孤子阶数保证了良好的脉冲质量和高效率。数值结果表明，即使在压缩因子很大的情况下，压缩脉冲的持续时间也小于3个周期，并且与标准孤子压缩相比，压缩脉冲具有最小的基座和较高的品质因数.
2012-11-09 physics.optics
Cascaded Second-order Surface Plasmon Solitons due to Intrinsic Metal Nonlinearity
我们从理论上证明了在金属和线性介质的界面上存在级联的二阶表面等离子体孤子。金属自由传导电子等离子体中的非局域多极非线性导致了同向传播的表面等离子体激元光束在基频和二次谐波频率下的强相互作用。有效二维介质的有限元数值模拟明确地证明了孤子的形成，证实了理论结果。在SiO2/Ag界面上，对750/1550 nm波长对的5λ宽表面等离子体激元光束进行了非衍射传输，其损耗限制传输距离为100 μ m量级。在相位匹配条件下等离子体孤子的形成已被证明是有益的非衍射表面等离子体极化激元传播。
2012-09-13 cond-mat.other physics.optics
Second harmonic and cascaded third harmonic generation in generalized quasi-periodic poled lithium niobate waveguides
本文首次在绝缘体上铌酸锂脊形波导中制备广义准周期极化超晶格，利用丰富倒格矢在同一器件中实现高效二次谐波和级联三次谐波产生，为铌酸锂薄膜非线性集成光子学开辟新方向。
2023-02-12 physics.optics
Enhancement of the second-harmonic generation based on the cascaded second- and third-order nonlinear processes in a multimode optical microcavity
光学微腔常被用来实现增强的非线性光学相互作用，以获得高效率的二次谐波。随着抽运功率的增加，非线性频率转换的效率可以进一步提高，但同时也会出现其他一些不需要的非线性效应，导致复杂的动力学或不稳定性。在这里，我们研究级联的二阶和三阶非线性过程之间的相互作用，并调查他们对微腔中的二次谐波产生的影响。结果表明，当多模腔在基模处被强泵浦时，出现了非简并光参量振荡（OPO），并且$χ^{(3)}$过程的存在可以显著改变OPO阈值。利用OPO与四波混频的干涉作用，甚至可以突破OPO对二次谐波模效率的限制。微腔中非线性光学过程之间的相干相互作用有助于探索腔非线性光子学中的新物理。
2018-05-22 physics.optics
Designing microstructured polymer optical fibers for cascaded quadratic soliton compression of femtosecond pulses
计算了折射率引导型微结构聚合物光纤的二次谐波色散。二次非线性被假定为来自极化的聚合物，这在这项研究中被选择为环烯烃共聚物Topas。我们发现泵浦和二次谐波之间存在很大的相位失配。因此，潜在的级联二次谐波产生的研究，特别是孤子压缩的fs脉冲。我们发现，从级联的二次非线性的时间孤子的激发需要一个有效的二次非线性为5 pm/V或更多。如果使用具有低克尔非线性折射率的聚合物，这可能会减少。我们还发现，群速度失配可以最小化，如果选择的微结构光纤的设计参数，使相对孔尺寸大，孔间距是在泵浦波长的顺序。几乎所有的设计参数的组合导致级联效应在稳定的制度，在那里可以找到有效的和干净的孤子压缩。因此，我们没有看到任何好处，选择光纤设计的群速度失配最小化。相反，数值模拟表明，使用相对孔尺寸为0.4的标准无休止单模设计，具有nJ脉冲能量的$λ=800$ nm 120 fs脉冲被出色地压缩到几个周期的持续时间。
2008-11-18 physics.optics
Cascaded optical nonlinearities in dielectric metasurfaces
自从激光器被发现以来，光学参量非线性一直是高效光转换源的核心。通常，厚透明晶体或准相位匹配波导与相位匹配技术结合使用，以选择单个参数过程。近年来，由于人工结构材料的快速发展，在亚波长谐振腔中，光学混频已经在纳米尺度上实现。对于这些波长尺度结构，相位匹配变得宽松，并且原则上，所有允许的非线性过程都可以平等地发生。这可以通过级联（由几个频率混合步骤组成）过程促进谐波产生。然而，到目前为止，所有关于电介质超颖表面的报道都假设频率混合来自直接（单步）非线性过程。在这项工作中，我们证明了级联的二阶光学非线性的存在，通过分析从一个高度非线性超颖表面结合偏振选择规则和晶体对称性的第二和第三波混频。我们发现，从级联过程中的三波混频信号可以从传统的三次谐波产生的强度相当，表面非线性是主要的机制，有助于级联二阶非线性
2021-12-09 physics.optics
Bidirectional cascaded superfluorescent lasing in air enabled by resonant third harmonic photon exchange from nitrogen to argon
本文揭示空气中氮到氩的三次谐波光子共振能量转移机制，实现双向双色级联超荧光激光，并经泵浦-探测实验确认其为SF而非ASE。
2024-05-07 physics.atom-ph 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
Phase-locking in cascaded stimulated Brillouin scattering
级联受激布里渊散射（SBS）是一种复杂的非线性光学过程，其导致产生由声学谐振频率频移的若干光波。这些布里渊频移光波之间的四波混频（FWM）可以产生具有稳定光谱相位的等距光学频率梳，即布里渊频率梳（BFC）。在这里，我们调查的相位锁定的BFC的光谱分量，考虑四波混频相互作用所产生的克尔非线性以及耦合的声场。推导的耦合模方程，包括所有相关的非线性相互作用的第一次，我们研究的各种非线性过程的贡献锁相，并表明，不同的制度，可以得到依赖于长度尺度上的字段振幅变化。
2015-10-26 physics.optics
Photo-induced cascaded harmonic and comb generation in silicon nitride microresonators
氮化硅（Si $_3$ N $_4$）是一种日益成熟的非线性光学集成平台。然而，由于没有二阶（$χ^{(2)}$）非线性，Si $_3$ N $_4$主要被认为是三阶（$χ^{(3)}$）非线性相互作用。最近，通过光电效应在Si $_3$ N $_4$波导和微谐振器中进行光学极化克服了这一限制，从而导致准相位匹配$χ^{(2)}$光栅的铭文。在这里，我们报告的级联非线性效应在正常色散硅$_3$ N $_4$微谐振器结合$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$非线性。我们证明，光致$χ^{(2)}$光栅也提供了相位匹配的和频产生过程中，使启动和连续切换的主要梳在泵浦波长。此外，双共振泵浦和二次谐波场允许级联的三次谐波产生，其中二次光学写入的$χ^{(2)}$光栅被识别。最后，我们得到了由和频耦合初级梳演化而来的低噪声宽带微梳态。这些结果扩展了$χ^{(2)}$和$χ^{(3)}$微谐振器中级联效应的范围。
2022-03-29 physics.optics
Coherently tunable third-order nonlinearity in a nanojunction
从理论上和数值上研究了两个相互作用的金属纳米球和一个非线性极化分子组成的系统中三阶Kerr型非线性极化率相位调谐的可能性。结果表明，通过改变相对球间距，可以调节有效非线性极化率χ^{（3）}（ω;ω，ω，-ω）$ in the whole range from 0 to $ 2π$的相位.
2005-07-29 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
Optimal third-harmonic generation in an optical microcavity with $χ^{(2)}$ and $χ^{(3)}$ nonlinearities
三次谐波的产生可以通过三次谐波谐振微腔中的$χ^{(3)}$和级联的$χ^{(2)}$非线性过程来实现。这些过程如何相互干扰仍然是未知的，并且转换效率的优化仍然是一个问题。本文研究了直接三次谐波产生与二次谐波和和频级联过程之间的相互影响。发现这两个过程之间的干涉效应可以用来提高转换效率。通过优化谐振腔谐振和外耦合条件，缓解了非线性转换的饱和，提高了三次谐波转换效率。提出了在光学微腔中实现高效率三次谐波产生的设计准则，并将其推广到高次谐波的产生。
2018-07-10 physics.optics
Mid-infrared frequency comb generation via cascaded quadratic nonlinearities in quasi-phase-matched waveguides
我们实验证明了一种简单的配置，中红外（MIR）频率梳产生准相位匹配的锂酸盐波导中使用的级联- $χ^{(2)}$非线性。利用铒光纤激光器产生的纳焦耳级脉冲，在近红外波段观察到了倍频程超连续谱，在2.5- 3 $\textμ$ m波段产生色散波，在4- 5 $\textμ$ m波段产生脉冲内差频。通过设计准相位匹配光栅轮廓，在这种几何结构中观察到可调谐的窄带和宽带MIR光谱。最后，我们进行数值模拟使用非线性包络方程，这表明与实验良好的定量协议-并可用于通知波导设计，以定制的MIR频率梳。我们的研究结果确定了一个简单的单分支的方法，在一个紧凑的平台，使用商业Er：光纤技术中红外频率梳产生的路径。
2018-01-24 physics.optics
Cascaded Four-Wave Mixing on Quantum Paraelectrics for On-chip Cryogenic Microcombs
Indian Institute of Science Education and Research Thiruvananthapuram（印度科学教育与研究学院特里凡得琅分校）
利用钛酸锶（STO）量子顺电体的Kerr非线性，在片上超导谐振器中实现了低温微波频率梳，为非线性微波光子学提供了低功耗、低温兼容平台。
2026-05-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cascaded multi-harmonic generation in a \b{eta}-BBO crystal reaching 133 nm from a single 800 nm pump beam
Technische Universität Wien（维也纳工业大学）
研究在η-BBO晶体中实现多级谐波生成，达到133 nm，通过单束800 nm钛宝石振荡器产生第二、第三谐波，并发现即使在吸收为主的第五、第六谐波处，谐波信号强度仍显著高于噪声限。
2026-03-13 physics.optics
Coupled-mode theory for microresonators with quadratic nonlinearity
我们使用麦克斯韦方程组推导出几个模型描述的多模基波场和它的二次谐波的相互作用在一个环形微谐振器与二次非线性和准相位匹配。我们演示了如何多模三波混频总和进入非线性偏振响应可以通过傅立叶变换的产品的字段包络计算。具有任意轮廓的准相位匹配光栅无缝地纳入我们的模型。我们还介绍了几个层次的近似允许考虑色散的非线性系数，并演示了如何耦合模方程可以减少到信封Lugiato-Lefever方程与自陡项。在不完全相位匹配的情况下，对$χ^{(2)}$引起的级联克尔非线性的估计使其高于本征克尔效应几个数量级。
2020-07-06 physics.optics
Control spontaneous symmetry breaking of photonic chirality with reconfigurable anomalous nonlinearity
非线性系统中的自发对称性破缺提供了一种统一的方法来理解从希格斯机制[1]和超导性[2]到生态稳定性[3]和基因组生成[4]等截然不同的现象。自发对称性破缺通常被认为是具有固定发生条件和性质的非线性系统的内在性质，因为非线性相互作用的形式和大小不能被修改[5]。在这里，我们报告的发展可重构克尔光学非线性控制自发对称性破缺。这是通过本征克尔和级联二阶非线性过程之间的干涉实现的[6]。反常克尔效应包括负的自相位调制和竞争非线性过程之间的强度调谐已被证明。利用可重构克尔非线性，实现了对光子手性自发对称性破缺的原位抑制和促进。这项工作可以授权的实验研究自发对称性破缺在未开发的制度，并激发新的光子功能的发展。
2022-08-10 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
Frequency comb generation via cascaded second-order nonlinearities in microresonators
光学频率梳正在革新现代时间和频率计量学。在过去的几年里，由于通过基于微谐振器的解决方案实现了小型化，其应用范围大幅增加。这种器件中的梳通常使用谐振器材料的三阶$χ^{(3)}$非线性产生。另一种方法是利用二阶$χ^{(2)}$非线性。虽然以这种方式产生梳的想法已经存在了近二十年，但到目前为止，只有少数演示是已知的，要么是基于庞大的蝴蝶结腔，要么是基于相对低的$Q$波导谐振器。在这里，我们提出了第一个这样的梳，是基于毫米大小的微谐振器由锂碳酸盐，允许级联的二阶非线性。这款概念验证器件的泵浦阈值低至2 mW，可在1064 nm和532 nm附近产生重复频率锁定梳。从非线性动力学的角度来看，所观察到的梳对应于图灵辊图案。
2019-12-03 physics.optics
Physical mode analysis of multimode cascaded nonlinear processes in strongly-coupled waveguides
本文实验研究了氮化硅波导电路中空间多模非线性相互作用的片上控制，利用强耦合双芯波导的色散差异和模式分解技术，实现了多超模受控激发，并观察到双超模超连续谱生成与级联四波混频导致的第三次谐波上转换现象。
2024-11-04 physics.optics
Non-saturation intensity dependence of anisotropic third-order optical nonlinearity approaching the damage threshold in ZnSe and GaP
本文利用飞秒泵浦-探测研究ZnSe和GaP接近损伤阈值时各向异性三阶光学非线性的强度依赖，发现TBC和TPA的取向调制幅度随泵浦强度增大而增大，证明短相互作用长度下非线性效应在损伤阈值前保持非饱和。
2023-12-04 physics.optics
Third-order nonlinearity by the inverse Faraday effect in planar magnetoplasmonic structures
我们预测了由逆法拉第效应（IFE）引起的平面磁等离子体结构中表面等离子体激元（SPP）的一种新的超快三阶非线性。具有显著的电场纵向分量的平面SPP经由IFE充当有效的横向磁场。它对等离子体传播的响应导致强烈的超快自作用，这通过三阶非线性表现出来。从洛仑兹互易定理出发，导出了两种特殊平面磁等离子体结构的IFE相关非线性极化率的一般公式和解析表达式。我们的估计预测一个非常大的非线性三阶非线性极化率超过那些典型的金属，如金。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci 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
Modeling and Optimization of Cascaded Four-Wave Mixing toward the VUV in Xenon-Filled Negative-Curvature Fibers
Gleb Wataghin Institute of Physics, University of Campinas – UNICAMP（坎皮纳斯大学 Gleb Wataghin 物理研究所）；GPPMM Group, XLIM Institute, CNRS UMR 7252, University of Limoges（利摩日大学 XLIM 研究所 GPPMM 研究组）；Multiuser Laboratory of Optics and Photonics, LaMOF, Federal University of Lavras（拉夫拉斯联邦大学 LaMOF 光学与光子学多用户实验室）
本研究针对填充氙气的负曲率光纤，通过半解析模型与数值模拟优化级联四波混频，实现延伸至真空紫外的谐波产生，最高达172 nm的六次谐波。
2026-09-02 physics.app-ph physics.optics
Broadband three-mode converter and multiplexer based on cascaded symmetric Y-junctions and subwavelength engineered MMI and phase shifters
本文提出一种基于多模干涉耦合器、无源移相器和级联对称Y结的三模架构，利用亚波长光栅超材料克服带宽限制，实现了161 nm带宽且低损耗低串扰的片上模式转换与复用。
2023-01-27 physics.optics
Spontaneous four-wave mixing in a thin layer with second-order nonlinearity
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学）
研究在薄层中通过二阶非线性效应实现自发四波混频，展示其在生成光子对中的主导作用，并拓展了量子态工程的可能性。
2026-01-30 physics.optics quant-ph
Cascaded frequency conversion of highly charged femtosecond spatiotemporal optical vortices
本文实验演示了时空光学涡旋的级联二次与三次谐波产生及和频产生，实现拓扑荷高达40的可调谐STOV场，并将时空拓扑荷守恒推广到一般非线性参量过程。
2025-07-03 physics.optics
In situ control of integrated Kerr nonlinearity
纳米光子腔中的克尔非线性为探索基础物理科学和开发新型光子技术提供了一个多功能平台。这是由精确的色散控制和纳米结构的显著场增强驱动的。除了色散和泵浦工程之外，克尔非线性的直接控制可以释放光子系统的最终性能和功能。在这里，我们报告的现场控制集成克尔非线性通过其与级联的普克尔斯非线性过程的相互作用。在不改变光子晶体结构的情况下，实现了动态范围超过10dB的克尔非线性调谐.与标准的线性透射相比，在非线性光谱中观察到Fano共振。这证实了竞争光学非线性路径之间的量子干涉。除了非线性增强，我们还展示了新的能力，以抑制材料的固有非线性。最后，我们利用可调非线性来控制光谱亮度和单光子产生的符合与偶然比。这项工作为在量子水平上实现光学非线性过程的完全纳米级控制铺平了道路。
2021-11-30 physics.optics quant-ph
Few-femtosecond phase-sensitive detection of infrared electric fields with a third-order nonlinearity
提出利用三阶非线性与多周期脉冲直接探测中红外电场瞬态，实现相位敏感测量，并提取介电函数实部，为时间分辨光谱提供新途径。
2023-06-21 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
Nonlinear optics in gallium phosphide cavities: simultaneous second and third harmonic generation
我们演示了在磷化镓（GaP）微盘中从电信波长泵浦同时产生二次和三次谐波信号。通过对二次谐波和三次谐波输出功率定标的分析以及非线性腔模耦合因子的计算，研究了直接和频及级联和频过程对三次谐波信号的贡献。我们发现，尽管在第三谐波波长的磷化镓中的相对高的材料吸收，这两个过程可以是显着的，与密切依赖于腔模式的第二谐波波长之间的失谐的相对幅度。
2022-07-06 physics.optics
Broadband ultraviolet-visible frequency combs from cascaded high-harmonic generation in quasi-phase-matched waveguides
高次谐波产生（HHG）提供短波长光，可用于精密光谱学和探测超快动力学。我们报道了在相位稳定的$\leq$ 12 nJ，100 fs脉冲驱动下，在3 $μ$ m，100 MHz重复率下，在啁啾周期性极化的锂酸盐波导中有效地产生了高达9阶（333 nm）的相位相干谐波。观察到高达10%的中红外到紫外-可见光的转换效率，其中基波到所有谐波的总转换率为23%。尽管存在复杂的高度非线性过程，我们还是验证了谐波频率梳的相干性。数值模拟的基础上，一个单一的宽带包络方程与二次非线性的转换效率在大约1个数量级的范围内的实验参数的估计。从这个比较中，我们确定了一个无量纲参数捕捉三波混频和群速度走离的谐波，管理级联HHG物理之间的竞争。这些结果可以为一系列不同平台中的级联HHG提供信息。
2021-02-13 physics.atom-ph physics.optics
Using surface lattice resonances to engineer nonlinear optical processes in metal nanoparticle arrays
局部表面等离子体共振（称为金属纳米颗粒阵列中的表面晶格共振（SLR））的集体响应可以导致高品质因数（~100）、大的局部场增强和强的光-物质相互作用。激光拉曼光谱在线性光学中有着广泛的应用，但激光拉曼光谱对非线性光学的影响却鲜有报道。在这里，我们将展示如何利用SLR来增强非线性光学相互作用。我们特别关注的和频，差频，和三次谐波产生过程，因为它们的潜力，实现新的光源。我们还展示了如何设计这样的阵列，以提高高阶非线性光学相互作用，通过级联非线性过程。特别是，我们演示了如何通过级联的二阶响应的三次谐波产生的效率可以工程。
2018-02-28 physics.optics
Nonlinearity management of photonic composites and observation of spatial-modulation instability due to quintic nonlinearity
我们提出了一个程序的金属-介电复合材料的非线性管理。通过改变银纳米粒子在丙酮中的体积分数，我们可以消除与三阶极化率$χ_{eff}^{(3)}$相关的折射率，而非线性折射行为是由五阶极化率$χ_{eff}^{(5)}$引起的。因此，在交叉相位调制实验中，我们首次证明了由于$χ_{eff}^{(5)}$的空间调制不稳定性的影响。基于广义Maxwell-Garnet模型的数值计算结果证实。
2014-02-14 physics.optics
Terahertz-induced cascaded interactions between spectra offset by large frequencies
我们探讨了系统的动力学，其中输入光谱在光域中具有非常不同的中心频率强烈耦合通过高度相位匹配，级联的二阶非线性过程驱动的太赫兹辐射。唯一的要求是输入频谱之一包含足够的带宽以生成相位匹配的太赫兹频率驱动器。输入光谱之间的频率分离可以比相位匹配的太赫兹频率大十倍以上。介绍了这种系统的一个实际应用，其中中心波长为1064 nm的窄带泵浦线由一组中心波长约为1030 nm的较弱的种子线引起级联，这些种子线之间由相位匹配的太赫兹频率隔开。这种方法被预测为产生太赫兹辐射的转换效率和毫焦耳级的脉冲能量在低温冷却的周期性极化的锂离子电池。一个模型，解决了太赫兹和光波的非线性耦合相互作用。计算占二阶和三阶非线性，在光学和太赫兹域的色散以及太赫兹吸收。脉冲格式的激光诱导损伤的分歧估计通过跟踪产生的自由电子密度。还概述了减轻激光损伤的策略。
2019-03-11 physics.optics
Explicit formulation of second and third order optical nonlinearity in the FDTD framework
时域有限差分法（FDTD）是一种灵活而强大的严格求解麦克斯韦方程组的技术。然而，在当前的商业和研究FDTD软件中的三维光学非线性需要在整个数值空间和每个时间步长上迭代求解隐式形式的麦克斯韦方程。实现数值收敛需要大量的计算资源，实际实现通常需要对核心FDTD引擎进行重大修改。在本文中，我们提出了一个明确的方法，包括二阶和三阶光学非线性的FDTD框架的基础上的非线性推广的洛伦兹色散模型。从描述非线性光学的量子力学方程出发，在二能级近似下，给出了非线性洛仑兹色散方程的形式推导。利用该方法，在FDTD中对光学非线性和色散进行数值积分是直观、透明和完全显式的。还提出了一个强场制剂，这开辟了一个有趣的途径FDTD为基础的建模的极端非线性光学的现象，参与激光衍射和飞秒微加工的激光。
2017-12-23 physics.comp-ph 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
Pockels effect induced strong Kerr nonlinearity in a lithium niobate waveguide
State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学光学工程研究所极端光子学与仪器国家重点实验室）；ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center, Zhejiang University（浙江大学杭州全球科创中心）；Jiaxing Key Laboratory of Photonic Sensing & Intelligent Imaging, Intelligent Optics & Photonics Research Center, Jiaxing Research Institute, Zhejiang University（浙江大学嘉兴研究院智能光学与光子学研究中心光敏与智能成像嘉兴市重点实验室）
利用波克尔斯效应在锂铌酸波导中诱导强 Kerr 非线性，实现高输出功率和宽波长范围的四波混频效果，为光谱学等应用提供新可能。
2025-12-11 physics.optics
Higher-order Kerr effect and harmonic cascading in gases
高阶克尔效应（HOKE）最近被提倡用来解释气体中非线性折射率饱和的测量。在这里，我们表明，级联三次谐波产生的结果在一个有效的五阶非线性，是负的和显着的。高阶谐波级联也将从HOKE发生，并且级联贡献可以显著地修改所观察到的非线性折射率变化。在较低波长处，级联增加HOKE饱和强度，而对于较长波长，级联将降低HOKE饱和强度。
2012-10-03 physics.optics
Plasmon-induced nonlinearity enhancement and homogenization of graphene metasurfaces
我们证明了有效的三阶非线性极化率的石墨烯片可以提高两个数量级以上的图案化成石墨烯超颖表面。此外，为了更深入地了解这种现象，我们引入了一种新的均匀化方法，随后使用该方法通过计算石墨烯超颖表面的有效线性和非线性极化率来定量表征这种非线性增强效应。所提出的均匀化方法的准确性证明通过比较其预测与从Kramers-Kronig关系。这项工作可能会开辟新的机会，探索新的物理学有关的非线性光学相互作用的石墨烯超颖表面。
2019-04-25 physics.optics
Multiple optical frequency-conversions in few-layer GaSe assisted by a photonic crystal cavity
虽然二维材料具有令人感兴趣的二阶非线性系数和电学可调谐性，但由于光耦合效率低和无法实现相位匹配，它们的原子层厚度阻碍了除二次谐波产生（SHG）之外的其他光学频率转换（OFC）的探索。我们报道了通过谐振泵浦集成了少层GaSe的光子晶体腔，即使使用微瓦级连续波泵浦，也可以在GaSe中实现多个二阶非线性过程，包括SHG、和频产生（SFG）、级联SFG及其诱导的三次谐波产生。这些OFC产生于显著的腔增强。SHG过程的增强因子估计超过1，300。级联的SFG具有与SHG相同的强度。据我们所知，这是第一次在二维材料中观察到级联的二阶非线性过程。这种腔辅助的OFC可以为研究二维材料中的确定性OFC提供一种低泵浦功率的视角，并将其光电应用扩展到非线性区域。
2018-08-14 physics.optics
High Sensitive Measurement of Absorption Coefficient and Optical Nonlinearities with a Single Experimental Setup
准确地知道样品的吸收系数是测量材料三阶非线性光学性能的前提，但这对未知样品的测量有很大的限制。本文介绍了一种新的方法，它可以在一个实验装置中高灵敏度地同时测量材料的吸收系数和三阶光学非线性。我们使用双光束泵浦探测实验在不同的条件下，以实现这一目标。在泵浦-探测z扫描实验中，我们还证明了非相互作用的探测光与泵浦光之间的反直觉耦合。
2002-01-08 physics.optics
Unveiling and engineering of third order optical nonlinearities in NiCo$_2$O$_4$ nanoflowers
在本文中，我们证明了NiCo $_2$ O $_4$（NCO）作为一种高效的新型非线性光学材料，在光限幅器件中具有直接的潜在应用。我们通过Z扫描技术分别在开放和闭合孔径配置下并行获得非线性吸收系数（$β$）和非线性折射率（$n_2$）。为了理解NCO中三阶光学非线性的机制，我们在两个不同的非共振波长下用对比的激光脉冲持续时间7 ns和120 fs激发样品。对于ns激发，非线性由激发态吸收（ESA）和自由载流子吸收介导，其产生大的\b{eta} ESA和正的$n_2$。另一方面，当用飞秒激光激发时，发生双光子吸收（TPA），束缚载流子诱导出强的负$n_2$。发现对于NCO中的$β$和$n_2$获得的值在公知的常规过渡金属氧化物家族中较高，因此对于光学和其它光子学应用是有希望的。
2021-08-16 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
Optical nonlinearity enhancement of graded metallic films
研究了具有弱非线性的梯度金属薄膜的有效线性和三阶非线性极化率。由于简单的几何形状，我们能够准确地推导出具有Drude介电梯度分布的梯度结构内部的局部场。计算了有效线性介电常数和三阶非线性极化率。我们研究了表面等离子体共振效应对梯度金属薄膜的光吸收、光学非线性增强和品质因数的影响。研究发现，金属薄膜中存在的梯度在光学区域产生了宽的等离子体共振带，从而大大增强了光学非线性，从而获得了较大的品质因数。我们建议做实验来检查我们的理论预测，因为梯度金属薄膜可以更容易地制造比梯度颗粒。
2004-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electrical-control of third-order nonlinearity via Fano interference
Institute of Nuclear Sciences, Hacettepe University（哈契特佩大学核科学研究所）；Department of Nanotechnology and Nanomedicine, Faculty of Science, Hacettepe University（哈契特佩大学理学院纳米技术与纳米医学系）；Department of Physics Engineering, Faculty of Engineering, Hacettepe University（哈契特佩大学工程学院物理工程系）；Department of Physics, Faculty of Arts and Science, Middle East Technical University（中东技术大学文理学院物理学系）；Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Hacettepe University（哈契特佩大学工程学院化学工程系）；TUPRAS（土耳其石油炼油公司）；Department of Physics, Faculty of Science, Akdeniz University（安塔利亚大学理学院物理学系）；Department of Physics, Recep Tayyip Erdogan University（雷杰普·塔伊普·埃尔多安大学物理学系）
通过Fano干涉和斯托克效应，在非线性纳米等离子体系统中实现三阶非线性性调控，用于高效光子量子计算机中的连续变量门。
2025-10-23 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Third order optical nonlinearity of three dimensional massless Dirac fermions
本文给出了三维无质量Dirac费米子的线性电导率$σ^{(1)}_{3d}(ω)$和三阶光学电导率$σ^{(3)}_{3d}(ω_1,ω_2,ω_3)$的电子贡献的解析表达式。Dirac费米子是与拓扑Dirac半金属和Weyl半金属的低能激发有关的准粒子。虽然无质量狄拉克费米子不存在能隙，但有限的化学势$μ$可以导致一个有效能隙参数，它对带间光跃迁的定性特征起着重要作用.对于三维无带隙线性色散，线性电导率的虚部发散为截止能量的对数函数，而实部与光子频率$ω$呈线性关系，为$\hbarω>2|μ|$。三阶电导率表现出与二维狄拉克费米子非常相似的特征，即，石墨烯，但是单个狄拉克锥的振幅通常在三维中比在二维中小两个数量级。有许多共振与化学势诱导的间隙参数，和发散与带内跃迁。详细讨论了三阶电导率的三次谐波产生，克尔效应和双光子载流子注入，参量频率转换，双色相干电流注入。虽然我们得到的表达式仅限于零温度下的清洁极限，但在有限温度下包括唯象弛豫过程的推广是直接的，并提出。
2020-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High 3rd Order Optical Kerr Nonlinearity of PdSe2 Di-chalcogenide 2D Films for Nonlinear Photonic Chips
二硒化钯（PdSe 2）作为一种新型的层状贵金属硫属化合物材料，因其优异的光学和电学性能而受到广泛关注。在这项工作中，一个强大的三阶非线性光学响应的二维PdSe 2薄膜的报告。我们进行了开放孔径（OA）和闭孔（CA）Z扫描测量与飞秒脉冲激光在800 nm的非线性吸收和非线性折射，分别调查。在OA实验中，我们观察到源于\b{eta} = 3.26 x 10-8 m/W的PdSe 2膜中的大二光吸收（TPA）的光限幅行为。在CA实验中，我们测量了对应于n2 = -1.33 x 10-15 m2/W的大的负克尔非线性的峰谷响应，比体硅大两个数量级。此外，还表征了n2作为激光强度的函数的变化，其中当增加入射激光强度时，n2的幅度减小，在高强度下在n2 = -9.96 X 10-16 m2/W处变得饱和。研究结果表明PdSe 2具有优异的三阶非线性光学特性，在高性能非线性光子器件方面具有很大的潜力。
2021-06-30 physics.optics
Single Experimental Setup for High Sensitive Absorption Coefficient and Optical Nonlinearities Measurements
准确地知道样品的吸收系数是测量材料三阶光学非线性的前提，这对于未知样品来说是一个严重的限制。介绍了一种在一个实验装置中同时测量材料的吸收系数和三阶非线性光学系数的方法。我们使用双光束泵浦探测实验和传统的单光束z扫描在不同的条件下，以实现这一目标。在泵浦-探测z扫描实验中，我们还证明了非相互作用的探测光与泵浦光之间的反直觉耦合。
2004-01-01 physics.optics
A method to determine formation position of comb teeth of Kerr micro-comb under the influence of and nonlinearity
本文提出一种基于不同边模泵浦阈值的方法，用于确定具有二阶和三阶非线性的微环腔中边模梳齿的形成位置，并通过二阶自相关函数光谱模拟验证了其量子动力学解释与实验结果一致。
2023-07-31 physics.optics
High third-order Kerr optical nonlinearity in BiOBr 2D films measured by the Z-scan method
我们研究了BiOBr纳米片的非线性光学性质，BiOBr纳米片是一种新型的二维（2D）层状材料。我们通过Z扫描技术测量了BiOBr纳米片在800 nm和1550 nm处的非线性吸收和克尔非线性。我们观察到一个大的非线性吸收系数β = 10^-7 m ^2/W，以及一个大的克尔系数n2 = 10^-14 m^2/W。我们还观察到在n2中的强色散，当波长从800 nm变化到1550 nm时，它从负到正反转符号。此外，我们表征了BiOBr纳米片的非线性光学性质的厚度依赖性，观察到对于非常薄的薄片，β和n2的幅度都增加。最后，我们将BiOBr纳米片集成到硅集成波导上，并表征所得混合集成器件的线性光学特性，测量结果与使用独立椭圆偏振测量计算的参数一致。这些结果验证了BiOBr作为高性能混合集成光子器件的先进非线性光学材料的强大潜力。
2019-09-05 physics.app-ph physics.optics
Negative Kerr nonlinearity of graphene as seen via chirped-pulse-pumped self-phase modulation
我们实验证明了一个负的克尔非线性准未掺杂的石墨烯。在此，我们介绍了啁啾脉冲泵浦自相位调制的方法，并将其应用于通信波长的石墨烯覆盖的硅波导。提取的石墨烯的克尔非线性指数等于n2，gr =-10 ^（-13）m^2/W。尽管n2，gr的符号与迄今为止的假设相反，是负的，但它的大小与早期实验中观察到的一致。石墨烯的负克尔非线性强烈地影响石墨烯应该如何被利用来增强呈现正非线性的光子（集成）器件的非线性响应。它还开辟了使用石墨烯消除此类器件中不需要的非线性效应的可能性，以开发用于建立克尔过程的未探索方法，并将通常用于二阶非线性的“周期性极化”方法的范围扩展到三阶克尔过程。由于啁啾脉冲泵浦自相位调制方法的通用性质，它将允许充分表征基本上任何新型（2D）材料的克尔非线性。
2016-11-23 physics.optics
Combined action of the bound-electron nonlinearity and the tunnel-ionization current in low-order harmonic generation in noble gases
研究了在隧道电离条件下，飞秒激光脉冲抽运惰性气体中低次谐波的产生。我们分析了相位失配对这一过程的影响，所产生的等离子体，并研究依赖于泵浦强度的起源所产生的束缚电子非线性或隧道电离电流的谐波产生。结果表明，在氩气中，约100 TW/cm $^2$的最佳泵浦强度导致最大的效率，其中的主要贡献低次谐波来自束缚电子的第三和第五阶极化率，而强度高于300 TW/cm $^2$的隧道电离电流起主导作用。此外，我们预测，在133 nm的真空紫外光脉冲可以产生相对较高的效率约$1.5\times10^{-3}$由400 nm的泵浦脉冲。
2013-11-07 physics.optics
