二维材料中的二次谐波及其调控方法

二维材料(Two-Dimensional Materials)由于其低维尺度下的量子效应,表现出许多奇特的物理现象,引起了广大学者的研究兴趣.在非线性光学领域,二维材料展现出较高的二阶非线性极化率和高度可调的物理特性,使其成为非线性光电器件的潜在候选者之一.本文主要探讨了二维材料中二次谐波产生(Second Harmonic Generation, SHG)的调控与增强手段;简要介绍了二次谐波产生的基本光学原理,从二阶非线性系数和光与物质相互作用两个主要角度出发,分别回顾了对称性破缺和共振效应调控与增强二维材料二次谐波的不同方法,如层间堆叠、电场、应变和激子效应等;总结了二维材料二次谐波的调控方法,并对未来可能的研究方向和面临的挑战进行展望.了解二次谐波的产生机制以及调控和增强二次谐波各种策略方法,更有利于未来开发基于二次谐波的表征技术和探索基于二维材料的非线性光学器件.     

Raman感生克尔效应光谱非线性共焦显微镜理论的研究

研究了Raman感生克尔效应光谱非线性共焦显微镜的成像理论, 用Fourier成像理论结合Raman感生克尔效应理论, 导出了各向同性介质中Raman感生克尔效应光谱非线性共焦显微镜的三维点扩散函数, 并详细分析了 Raman 感生克尔效应的非线性特性对共焦显微镜的空间分辨率及其成像特性的影响. 结果表明, 基于 Raman 感生克尔效应的非线性共焦显微镜不但可以同时获得分子的振动、振动取向以及光感生分子重新取向等信息, 比双光子荧光共焦显微镜的信息量更丰富; 而且可以较大改善共焦显微镜的空间分辨率和成像质量, 比双光子荧光共焦显微镜具有更高的空间分辨率.     

流体媒质三次谐波及三阶非线性声参量研究

从流体动力学的基本方程出发,采用逐级近似微扰法,建立了理想流体媒质－至三级近似的波动方程,并得到三次谐波声压的积累解与声波传播距离的平方成正比,在此基础上进而求得三阶非线性声参量C／A与三次谐波声压之间的关系,这为下一步用有限振幅法测量和研究流体媒质的三阶非线性声参量C／A提供了理论依据,而三阶非线性参量预期在医学超声参数成像技术中有重要的应用前景。     

微纳结构调控二维过渡金属硫化物二次谐波

基于二维过渡金属硫化物(Transition Metal Dichalcogenides, TMDs)的二次谐波发射体得益于高的二阶非线性极化率和原子薄的厚度,成为集成非线性光子器件领域一种理想的候选材料.但是,二维TMDs材料的二次谐波转化效率受限于其弱的光与物质相互作用强度,阻碍了其在非线性光学器件上的应用.本综述聚焦于微纳结构调控二维TMDs材料二次谐波产生的物理机制和调控手段,首先简述二次谐波非线性光学的基础理论;然后讨论二维TMDs材料二次谐波的性质;之后回顾近年来微纳结构调控二维TMDs材料二次谐波产生的研究工作,如孔洞微腔、光子超表面、等离激元谐振器以及波导等;最后进行总结并对该领域未来的发展进行展望.了解二维TMDs材料的二次谐波的性质,理解微纳结构调控二次谐波的机理,对于二维TMDs材料在片上非线性光学器件的设计和研发具有重要的意义.     

加偏置电场量子阱中二次谐波产生系数的计算

利用量子力学中的密度矩阵算符理论导出了加偏置电场量子阱中的二阶非线性光学极化率,得到了该系统的二次谐波产生系数的解析表达式。以典型的G aA s/A lG aA s量子阱为例作了数值计算,结果表明:二次谐波产生系数比相应体材料中的二次谐波产生系数大10倍以上,同时偏置电场强度对该系统的二次谐波产生系数有较大的影响,为实验上研究量子阱的非线性光学效应提供了必要的理论依据。     

激光脉冲与等离子体相互作用中高次谐波的产生

利用强激光照射金属材料，致使材料表面大量分子电离产生等离子体．该文从电子的运动方程出发，求解出了电子在激光场中运动的位置函数的解析解．发现除了包含基次及二次谐波外，它还包含有三次、四次等高次谐波．这说明激光脉冲与等离子体相互作用能够产生高次谐波．谐波次数越高，其系数越小．该文比较了基次与二次谐波的系数，其比值p＞1，与事实相符合。     

掺铬氟化铝锶锂激光腔内二次谐波和三次谐波产生的蓝光和紫外光可调谐光源

论文在调Q掺铭氟化铝锶锂激光腔内插入一块或两块偏硼酸钡晶体,分别进行了二次谐波和三次谐波获得了蓝光和紫外光区域的可调谐激光,其波长分别从448．1nm到465．1nm和从298.7nm到310nm范围内可调谐,在448.1nm处的二次谐波脉冲能量为10．2mJ,脉宽43ns,线宽0.02nm,在298.7nm的三次谐波能量达0.7mJ.     

一种新型量子阱中三次谐波的研究

在一种新型势阱下,理论上研究了量子阱中三次谐波系数.在有效质量近似下,通过求解薛定谔方程得到了相关波函数和能级,并利用密度矩阵理论和迭代法得到了三次谐波系数的表达式.研究结果表明,三次谐波系数受到新型势阱宽度d和参数U0的强烈影响.     

换流变压器产生的二次谐波电流及其实验研究

本文介绍了高压直流输电系统中直流电流的来源和二次谐波的传递过程,以及由此可能引发的谐波不稳定性。针对变压器绕组中存在的直流电流而导致的二次谐波电流进行了实验研究,得出了励磁电流各次谐波分量、峰值与绕组中直流电流的关系。结果表明,二次谐波分量与直流呈线性关系。     

基于铌酸锂纳米晶体颗粒二次谐波发射特性研究

基于纳米结构的二次谐波发射是构建高灵敏度生化传感器等纳光子器件的重要手段,其中如何获得增强的二次谐波发射是实现这些应用的关键.本文采用溶剂热法制备出类钻石的十二面体铌酸锂纳米晶体颗粒,实现了磁偶极共振模式的有效激发.基于磁偶极共振对入射场能量的聚焦作用,以及铌酸锂材料本身所具有的较强二阶非线性响应,所制备铌酸锂纳米晶体颗粒能够实现二次谐波的增强发射.不同粒径铌酸锂颗粒散射光谱及二次谐波发射光谱的测试结果表明,当激发光波长与纳米颗粒的磁偶极共振模式匹配时,可有效增强二次谐波发射强度,其非线性转换效率达到2.0×10^-6W^-1.这些研究结果表明本文所制备的铌酸锂纳米晶体颗粒是一种较为理想的非线性纳米材料,在非线性纳光子器件的设计等领域具有潜在的应用价值.     

环形赝谐势中二次谐波研究

对环形赝谐势中二次谐波产生的影响进行了理论研究.在有效质量近似、迭代方法和密度矩阵理论基础上,得到了能级、波函数及二次谐波的表达式.环形赝谐势对二次谐波产生有显著影响.结果表明:二次谐波产生系数峰值随着化学势和无量纲参数的减小或赝谐势零点的增大而增大,化学势的增大二次谐波发生蓝移现象,而赝谐势零点增大发生红移现象.     

基于TDLAS技术的高斯线型二次谐波数值模拟与分析

作为新的痕量气体监测分析方法,可调谐二极管激光吸收光谱学的二次谐波技术在大气化学研究和污染气体监测得到实际应用.本文以CO气体的中心波长为λ0=1 579.74 nm的P(5)振-转吸收谱线为目标,建立高斯-线型的二次谐波信号数值模型,仿真得到二次谐波曲线,研究了二次谐波信号特性与调制度m的关系.并对仿真结果与洛仑兹吸收线型二次谐波信号特性进行了分析和比较.     

二阶级联非线性光学效应中的最佳耦合函数

为了获得非线性光学晶体中最大的能量转化,研究了由两个二阶非线性效应实现三次谐波产生的物理过程.基于能量守恒条件,得到在能量最大转换条件下两个耦合系数比所具有的函数形式和特点.利用数值计算验证了耦合函数比为t=tanh(z),t=arctan(tz)/1.55以及t=(1-sech(1.8z))时均可获得三次谐波的最大能量输出.     

二次谐波产生中光场振幅K次方压缩

本文研究了二次谐波产生过程中产生光场振幅K次方压缩的条件,结果表明,若初始的二次谐波为相干态(包括真空态),那么基波的振幅K次方压缩就可能存在。     

一类非线性系统的次谐波分枝问题

研究了具有周期外力的非线性系统的解产生不同的次谐波分枝的参数范围，并且指出了无穷多次谐波分枝是如何与smale马蹄型混沌解共存的．     

二次谐波成像技术在生物组织的应用进展

成像技术已正式被大量运用到医学研究中。近十几年具有重要意义的研发已研制出新的检测手段,本文章就以二次谐波成像技术这一高端的现代光谱成像作为讨论对象,并作展望。在成像仪器的技术和电脑处理系统的发展进步的帮助下,二次谐波成像技术得到人们越来越多的关注,并且有望成为临床应用。     

折射率失配下的二次谐波显微术矢量理论模型

二次谐波显微术在对厚样品进行成像或探测时,会受到折射率失配现象的影响。本文利用平面波角谱法和通用琼斯矩阵建立了折射率失配条件下的二次谐波显微术的矢量理论模型,以胶原纤维为具体的观测对象,分析和讨论了不同条件下折射率失配对聚焦激发光场的影响。     

三次谐波测量预知电阻器质量及可靠性

对大量电阻器的测试结果表明：三次谐波的大小与电阻器的质量及长期寿命实验后的可靠性密切相关，据此可评价电阻器的非线性是否能预知其潜在失效。     

磁光薄膜表面反射二次谐波Kerr效应的理论研究

利用级数展开法,推出了磁光薄膜各晶面对p极化光反射的二次谐波强度和磁光Kerr角;分析了入射角与各晶面反射的二次谐波强度及磁光Kerr角的相互关系,结果发现:①各晶面反射的二次谐波强度与入射光的强度之比正比于入射光的强度,且是入射角的函数,同时其比值在入射角的取值范围内存在极值;②各晶面反射的二次谐波的Kerr角与入射光的强度无关,只与薄膜的性质和入射角有关;③从保护薄膜的角度来看,读写激光不宜采用正入射方式.     

聚合色素膜的极化及二次谐波产生的研究

对键合偶氮染料的聚合素薄膜，进行分子二阶非线性光学性能测定，结果表明：极化时间、温度及电场强度等因素对二次谐波的产生具有显著的影响。本实验中，极化时间以２０－３０ｍｉｎ，极化温度在该聚合物的Ｔｇ附近，极化电压以５ＫＶ为宜。比较了聚合色素与染料－聚合物掺杂系统两种情况下，二次谐波随时间的变化，结果是前者比后者具有更高的稳定性。可见，聚合色素膜比掺杂系统更有希望成为实用化的非线性光学材料。