局域表面等离激元诱导的三次谐波增强效应

本文研究了二维金三角形纳米颗粒阵列的三次谐波非线性光学效应. 金三 角纳米颗粒阵列是基于微球刻印技术制成. 采用反射式光学系统, 观察到该纳米结构在光谱分辨的飞秒激光照射下产生明显的三次谐波. 研究表明, 当激光抽运频率接近金纳米颗粒的局域表面等离激元共振位置时, 三次谐波信号得到增强; 三次谐波辐射方向满足动量匹配条件. 关键词： 微球刻印 三次谐波产生 表面等离激元     

局域表面等离激元

局域表面等离激元使得贵金属纳米颗粒具有丰富的光学性质,其应用涵盖能源、生物医学、安全、信息、超材料等诸多领域。文章简要介绍局域表面等离激元的基本性质、贵金属纳米结构中的局域表面等离激元共振耦合以及具有局域表面等离激元特性的贵金属纳米结构的一些重要应用。     

局域表面等离激元

局域表面等离激元使得贵金属纳米颗粒具有丰富的光学性质,其应用涵盖能源、生物医学、安全、信息、超材料等诸多领域。文章简要介绍局域表面等离激元的基本性质、贵金属纳米结构中的局域表面等离激元共振耦合以及具有局域表面等离激元特性的贵金属纳米结构的一些重要应用。     

等离激元二次谐波的发展与应用

人们借助等离激元结构,可以在亚波长范围内获得、操控局域放大的光场。它与非线性光学结合,衍生出非线性等离激元。等离激元二次谐波因其卓越特性,近年在理论和应用方面均有较大突破。基于流体动力学模型介绍了等离激元结构二次谐波理论,总结了其发展与应用的报道,包括等离激元共振增强二次谐波效率、基于磁场洛伦兹力的二次谐波效应、对二次谐波辐射方向和频率的调控,以及等离激元二次谐波在结构检测、传感、成像等领域的应用。最后,对等离激元二次谐波研究领域可能的发展方向进行了展望。     

基于等离激元纳米结构非线性响应的超快光开关及脉冲激光器

非线性光学作为现代光学的一门重要分支,在各个领域都有着重要的研究意义和应用价值.然而,受限于材料固有的非线性极化率和与外来光场的有限作用长度,其非线性光学响应很弱.等离激元纳米结构可以将外来光场束缚在纳米结构周围,在光谱共振局域空间内形成一个巨大的电磁场增强,从而极大地促进光与物质的相互作用,提高了非线性光学响应.超快脉冲激光由于其优异的性能已经广泛应用于光通信、精密测量、生物医学、军用激光武器等重要领域,虽然商用的激光器已经发展得非常成熟,可以达到超高的峰值功率、超短的脉宽以及超高的重频,但是在中远红外波段的超快脉冲研究仍然是一个缺口,所以寻找一种性能优异的可饱和吸收体材料对于脉冲激光的发展具有重要的意义.本文综述了基于贵金属和非贵金属的等离激元纳米结构在超快光开关和脉冲激光方面的应用进展.很多宽禁带半导体,通过掺杂可以表现出类似金属的性质,由于掺杂可以形成自由载流子,当其尺寸在纳米尺度时,就会表现出局域表面等离激元共振的特性,从而实现超快的非线性光学响应,并且掺杂的载流子浓度不能达到金属载流子的浓度,可以有效减小过高载流子引起的带间损耗.通过泵浦探测和Z扫描测试发现,这些等离激元纳...     

表面等离激元的聚焦与波导增强

近年来,表面等离激元学(plasmonics)已经形成一个新的学科热点.电子在金属与介质界面的集体振荡行为形成一种元激发——表面等离激元（surface plasomon polariton,SPP）.由于其具有特殊的耦合与传播性质,与SPP相关的器件设计与应用成为目前纳米光子学领域的国际前沿研究方向.文章介绍了利用微纳加工技术制备的SPP纳米结构,以及利用近场光学表征手段对SPP聚焦、波导、共振增强现象研究的进展.     

表面等离激元——机理、应用与展望

等离激元光子学(plasmonics)的研究内容是金属纳米结构独特的光学性质及其应用.随着纳米科技的进步,等离激元光子学已经迅速发展成为一门新兴学科,在生物、化学、能源、信息等领域具有重要的应用前景.文章主要介绍表面等离激元(surface plasmons,SPs)的一些基本物理性质,包括局域的表面等离激元(localized surface plas-mon,LSP)和传导的表面等离激元(propagating surface plasmon polariton,SPP),文章还介绍了表面等离激元的几个重要的应用方向,例如生物/化学传感器、表面等离激元激光、光开关器件以及表面等离激元光逻辑运算,等等.     

分子激发中的表面等离激元增强效应

金属纳米粒子的表面等离激元增强效应是纳米科学领域的一个研究热点.针对染料分子与金属纳米粒子的耦合系统,应用偶极-偶极近似计算分子与金属纳米粒子的库仑相互作用,并应用密度矩阵理论描述在不同极化方向的电场作用下的电荷输运过程,分析了分子与金属纳米粒子在不同相对位置下分子激发态的动力学过程,发现表面等离激元的增强效应与分子和金属钠米粒子的相对位置以及等离激元的耗散系数有密切关系,详细讨论了分子与金属纳米粒子间的耦合强度、外场的极化方向、等离激元的寿命及共振激发条件对分子激发态及表面等离激元增强的影响,分析了分子-金属纳米粒子耦合系统中表面等离激元增强效应的物理本质.     

表面等离激元增强型光电探测器研究进展

光电探测器可以实现光信号到电信号的转换,在工业、军事、医疗等领域已展现出巨大的应用价值。但是,传统的平直型光电探测器捕获线光的能力较弱,一定程度上限制了响应率等性能指标的进一步提高。而基于贵金属纳米结构的表面等离激元共振可以急剧增强近场区域的(纳米尺度)电场强度和对线光的捕获能力,大幅度地提高光电探测器性能。本文首先介绍了表面等离激元的基本原理。随后,详细介绍了金属纳米颗粒、金属光栅等不同结构的表面等离激元增强型光电探测器研究进展。最后,总结全文并针对表面等离激元增强型光电探测器的发展前景做出了展望。     

阴极荧光在表面等离激元研究领域的应用

表面等离激元以其独特的光学性质广泛应用于纳米尺度的局域电磁场增强、超高分辨成像及微弱光电探测.阴极荧光是电子与物质相互作用而产生的光学响应,利用电子束激发金属纳米结构能够实现局域等离激元共振,并在亚波长尺度实现对共振模式的调控,具有超高空间分辨的成像特点.阴极荧光探测通常结合扫描电子显微镜或透射电子显微镜而实现,目前己被应用于表面等离激元的探测及共振模式的分析.本文从阴极荧光物理机理出发,综述了单一金属纳米结构和金属耦合结构的等离激元共振模式阴极荧光研究进展,并总结了阴极荧光与角分辨、时间分辨以及电子能量损失谱等关键技术相结合的应用,进一步分析了其面临的关键问题,最后展望了阴极荧光等离激元研究方向.     

Composite‐Assisted Phase‐Matching: Efficient Wavelength Conversion in Nonlinear Optical Composite Materials Containing Metal Nanoparticles

A novel phase‐matching scheme which is based on the dispersion compensation in the nonlinear optical composite materials containing metal nanoparticles is proposed. Anomalous dispersion originating from the plasmon resonance in metal nanoparticles compensates the dispersion of the host nonlinear material, leading to the perfect phase‐matching and high efficiency of nonlinear optical wavelength conversion. The effectiveness of this approach is theoretically demonstrated, taking third‐order nonlinear processes such as the direct third‐harmonic generation and four‐wave mixing in ZnO composites containing silica‐core–silver‐shell nanoparticles as examples. The results show that with the proposed phase‐matching scheme, unprecedentedly high conversion efficiency can be obtained compared with preceding results in third‐order nonlinear optical solid‐state materials.     

飞秒非线性光学的最新进展——几个周期超短超强激光脉冲的非线性光学

本文介绍了飞秒非线性光脉冲研究的最新进展。超快技术的发展已经能够产生仅含几个振荡周期的超强脉冲,其强度梯度使电子可以存在于比库仑束缚场高许多倍的外场产生的原子束缚态,并产生了同光频相差不大的电离率,从而导致了非线性光学的一些新的特点。     

飞秒非线性光学的最新进展——几个周期超短超强激光脉冲的非线性光学

 本文介绍了飞秒非线性光脉冲研究的最新进展。超快技术的发展已经能够产生仅含几个振荡周期的超强脉冲,其强度梯度使电子可以存在于比库仑束缚场高许多倍的外场产生的原子束缚态,并产生了同光频相差不大的电离率,从而导致了非线性光学的一些新的特点。     

纳米尺度下的局域场增强研究进展

金属纳米颗粒的等离激元共振引起的局域场增强效应,对显微成像、光谱学、半导体器件、非线性光学等诸多领域都具有极大的应用潜力。尤其是在光学纳米材料领域,通过亚波长金属纳米颗粒与电介质的组合引起局域场增强效应,提高了纳米材料的光学性能,并促进纳米材料在光学领域的应用。本文主要综述几种常见纳米结构所产生的局域场增强效应及其应用,详细介绍并总结了金属纳米材料的不同结构参数与局域场增强的关系及局域场增强在非线性光学、光谱学、半导体器件等领域的应用。未来,随着对金属纳米材料的研究愈发深入,局域场增强的应用将更加广泛,这将对诸多领域的发展产生重要影响。     

Plasmon‐Enhanced Second‐ and Third‐Order Harmonic Generation in Spherical Free‐Electron Nanoclusters with Diffuse Surface

The nonlinear scattering of a laser pulse off spherical nanoclusters with free electrons and with a diffuse surface is examined in the collisionless hydrodynamics approximation in the framework of perturbation theory with respect to the laser pulse intensity, as well as of the steady‐state approximation. In a previous publication [S.V. Fomichev and W. Becker, Phys. Rev. A 81 , 063201 (2010)] we reported the full nonlinear hydrodynamic model of forced collective electron motion confined to a cluster with diffuse surface and introduced two different perturbation theories corresponding to different laser intensity regimes. In the current paper, in the framework of this hydrodynamic model we focus on the properties of plasmon resonance‐enhanced third‐harmonic generation in a spherical cluster and its dependence on the shape of its diffuse surface whose role increases for nonlinear processes. At the same time, the quadrupole second‐harmonic generation in a spherical cluster is also inspected as a necessary intermediate step. Both cold metal clusters in vacuum or in a dielectric surrounding and hot laser‐heated and laser‐ionized clusters are considered within the same approach for a wide range of the fundamental laser frequency. Nonlinear laser excitation of the dipole plasmon Mie resonance in spherical clusters, as well as of other respective multipole plasmon resonances is investigated analytically and numerically in detail (position, width, and strength) versus the cluster‐surface diffuseness, the outer ionization degree in charged clusters, the electron‐density diffuseness, and their interplay. Under certain conditions, depending on the various cluster parameters, different secondary nonlinear resonances are found. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

上海深紫外自由电子激光的非线性谐波辐射研究

 自由电子激光中的非线性谐波辐射能达到较高的谐波功率,可以用来得到短波长辐射或者降低第4代先进光源对电子束团品质的严厉要求。基于3维自由电子激光软件,深入详细地研究了上海深紫外自由电子激光装置的非线性谐波辐射,并且提出了谐波辐射实验和测量建议。研究表明上海深紫外自由电子激光装置3次非线性谐波辐射的功率可以达到基波功率的2%水平。     

稀土夹心双萘酞菁LB膜的非线性光学特性研究

研究了中心对称稀土夹心双萘酞菁化合物LB膜的光谱及其二阶非线性光学特性.双(四叔丁基萘酞菁)铒能制成很好的LB膜,不论在稀溶液中还是在LB膜中均主要以单体的形式存在,分子具有较大的超极化率β.由于分子为中心对称结构,所以它们的二次谐波产生机制不同于不对称萘酞菁化合物,研究证明它的二阶非线性光学特性起源于电四极子模型,其LB膜的有效二阶非线性极化率χ(2)为1.1×10-8 esu.     

Efficient high harmonic generation in nonlinear photonic moiré superlattice

Photonic moiré superlattice as an emerging platform of flatbands can tightly confine the light inside the cavity and has important applications not only in linear optics but also in nonlinear optics. In this paper, we numerically investigate the third- and fifth-order harmonic generation (THG and FHG) in photonic moiré superlattices fabricated by the nonlinear material silicon. The high conversion efficiency of THG and FHG is obtained at a relatively low intensity of fundamental light, e.g., the maximum conversion efficiency of THG and FHG arrives even up to be 10⁻² and 10⁻⁹ at the fundamental intensity of 30 kW/m², respectively, in the moiré superlattice of near flat band formed by the twist angle 6.01°. The results indicate the photonic moiré superlattice of a high-quality factor and flatbands is a promising platform for efficient nonlinear processes and advanced photonic devices.     

Surface plasmon enhanced ultra-low threshold second harmonic generation in periodically poled whispering gallery resonator

The surface plasmon enhanced ultra-low threshold second harmonic generation is observed, designed and simulated in whispering gallery resonator made of MgO doped periodically poled LiNbO₃. Here the electric field associated with incident optical radiation of picowatt level is amplified to milliwatt level through surface plasmon resonance in Kretschmann geometry which is formed by a BK₇ prism plane, 29 nm thin gold layer and 20 nm thin GaAs layer. This enhanced electric field then coupled to a whispering gallery resonator, which facilitated the generation of second harmonic for an incident laser radiation of picowatt level. In this proposed configuration with an incident optical power of 94.6 pW, generated second harmonic through whispering gallery resonator is found to be 14.6 mW.