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偏振二次諧波掃描成像系統:激發光偏振狀態對 SHG 強度影響的機制解析
更新時間:2025-06-03瀏覽:324次
  在前面三期中,我們連續展現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。
 
  本期是第三期:激發光的偏振狀態對于SHG強度的影響主要原因是什么?
 
  激發光的偏振狀態對二次諧波生成(SHG)強度有顯著影響。
 
  這種影響主要通過以下幾個方面體現:
 
  1. 表面等離子體共振(SPR)模式的激發
 
  p偏振光:p偏振光(偏振方向平行于入射平面)能夠更有效地激發縱向表面等離子體共振(LSPR)模式。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,能夠更有效地與納米結構相互作用,從而增強局域電場。這種增強的局域電場會顯著提高SHG的效率。
 
  s偏振光:s偏振光(偏振方向垂直于入射平面)對LSPR模式的激發效果較弱。這是因為s偏振光的電場分量與納米結構的長軸方向垂直,與納米結構的相互作用較弱,因此對局域電場的增強效果有限。因此,s偏振光激發下的SHG強度通常較低。
 
  2. 實驗觀察
 
  實驗結果:在實驗中,作者觀察到在p偏振激發下,Au、Ag和Au–Ag–Au納米棒混合結構的SHG強度顯著高于s偏振激發下的強度。具體來說,Ag納米棒混合結構在p偏振激發下的SHG強度比s偏振激發下的強度高一個數量級以上。這表明p偏振光能夠更有效地激發SPR模式,從而增強SHG信號。
 
  飽和現象:在高激發功率下,p偏振激發下的SHG強度會出現飽和現象。這是因為部分激發能量會轉化為光致發光(PL),從而抑制了SHG的進一步增強。這種飽和現象在s偏振激發下不明顯,因為s偏振光激發下的SHG強度本身較低。
 
  3. 數值模擬
 
  FDTD模擬:通過有限差分時域(FDTD)模擬,作者計算了不同偏振狀態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生的電場增強較弱。
 
  4. 具體數據
 
  Ag納米棒混合結構:在p偏振激發下,Ag納米棒混合結構的SHG強度比s偏振激發下的強度高一個數量級以上。這表明p偏振光能夠更有效地激發Ag納米棒的LSPR模式,從而顯著增強SHG信號。
 
  Au納米棒混合結構:在p偏振激發下,Au納米棒混合結構的SHG強度也顯著高于s偏振激發下的強度,但整體強度仍低于Ag納米棒混合結構。這表明Au的SPR效應雖然較強,但不如Ag顯著。
 
  Au–Ag–Au納米棒混合結構:在p偏振激發下,Au–Ag–Au納米棒混合結構的SHG強度介于Au和Ag納米棒混合結構之間。這表明通過合理設計納米結構,可以實現對SHG強度的有效調控。
 
  結論
 
  激發光的偏振狀態對SHG強度有顯著影響。p偏振光能夠更有效地激發納米結構的LSPR模式,從而顯著增強SHG信號。相比之下,s偏振光對LSPR模式的激發效果較弱,因此SHG強度較低。通過合理選擇激發光的偏振狀態,可以優化SHG信號的強度,從而提高非線性光學測量的靈敏度和效率。
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