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利用卓立漢光偏振二次諧波掃描成像系統(tǒng)探究p偏振光如何提升SHG效率
更新時間:2025-06-05瀏覽:73次

在前面三期中,我們連續(xù)展現(xiàn)了華中科技大學韓俊波教授課題組在SHG上的出色工作,從本期開始,我們開始做一些基礎性的討論。

本期是基礎討論的第四期:p偏振光如何在SHG中影響相位匹配條件?

在二次諧波生成(SHG)中,相位匹配條件是指入射光波和產(chǎn)生的二次諧波波在傳播過程中保持相位一致的條件。

p偏振光在SHG中對相位匹配條件的影響主要通過以下幾個方面實現(xiàn):

1. 電場方向與納米結構的對齊

· p偏振光的電場方向:p偏振光的電場分量平行于入射平面,與納米結構的長軸方向一致。這種對齊使得電場能夠更有效地與納米結構相互作用,從而在納米結構的局域區(qū)域產(chǎn)生更強的電場增強。

· 局域電場增強:p偏振光能夠更有效地激發(fā)縱向表面等離子體共振(LSPR)模式,導致局域電場的顯著增強。這種增強的局域電場有助于滿足相位匹配條件,因為更強的局域場可以更有效地驅(qū)動非線性極化過程。

2. 相位匹配條件的滿足

· 相位匹配的重要性:在SHG過程中,相位匹配條件是實現(xiàn)高效非線性光學過程的關鍵。相位匹配條件要求入射光波和產(chǎn)生的二次諧波波在傳播過程中保持相位一致。如果相位不匹配,部分能量會以其他形式耗散,導致SHG效率降低。

· p偏振光的優(yōu)勢:p偏振光在激發(fā)LSPR模式時,能夠更好地滿足相位匹配條件。這是因為p偏振光的電場分量與納米結構的長軸方向一致,使得入射光波和產(chǎn)生的二次諧波波在傳播過程中更容易保持相位一致。這種對齊有助于減少相位失配,從而提高SHG的效率。

3. 實驗觀察

· 實驗結果:在實驗中,p偏振光激發(fā)下的SHG強度顯著高于s偏振光激發(fā)下的強度。例如,在Ag納米棒混合結構中,p偏振光激發(fā)下的SHG強度比s偏振光激發(fā)下的強度高一個數(shù)量級以上。這表明p偏振光能夠更有效地激發(fā)SPR模式,從而顯著增強SHG信號。

· 飽和現(xiàn)象:在高激發(fā)功率下,p偏振光激發(fā)下的SHG強度會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。這是因為部分激發(fā)能量會轉化為光致發(fā)光(PL),從而抑制了SHG的進一步增強。這種飽和現(xiàn)象在s偏振光激發(fā)下不明顯,因為s偏振光激發(fā)下的SHG強度本身較低。

4. 數(shù)值模擬

FDTD模擬:通過有限差分時域(FDTD)模擬,可以計算不同偏振狀態(tài)下納米棒的電場分布和局域場增強因子(fE)。模擬結果表明,p偏振光在納米棒的長軸方向上產(chǎn)生了更強的局域電場增強,這與實驗觀察到的SHG強度的偏振依賴性一致。具體來說,p偏振光在納米棒的長軸方向上產(chǎn)生了顯著的電場增強,而s偏振光在納米棒的短軸方向上產(chǎn)生的電場增強較弱。

5. 具體機制

· 電場增強與相位匹配:p偏振光的電場分量與納米結構的長軸方向一致,能夠更有效地激發(fā)LSPR模式,從而在納米結構的局域區(qū)域產(chǎn)生更強的電場增強。這種增強的局域電場有助于滿足相位匹配條件,因為更強的局域場可以更有效地驅(qū)動非線性極化過程。

· 相位匹配條件的優(yōu)化:p偏振光能夠更好地滿足相位匹配條件,因為其電場分量與納米結構的長軸方向一致,使得入射光波和產(chǎn)生的二次諧波波在傳播過程中更容易保持相位一致。這種對齊有助于減少相位失配,從而提高SHG的效率。

結論

p偏振光在SHG中通過增強局域電場和更好地滿足相位匹配條件來顯著提高SHG效率。p偏振光的電場分量與納米結構的長軸方向一致,能夠更有效地激發(fā)LSPR模式,從而在納米結構的局域區(qū)域產(chǎn)生更強的電場增強。這種增強的局域電場有助于滿足相位匹配條件,從而提高SHG的效率。

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