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解析偏振奧秘:偏振二次諧波掃描成像系統(tǒng)揭示p光/s光對(duì)SHG效率的增強(qiáng)機(jī)制
本文引用自華中科技大學(xué)韓俊波老師課題組2018年在NanoScale雜志上發(fā)表的相關(guān)文章。
本文已經(jīng)經(jīng)過(guò)作者同意綜合運用,進(jìn)行引用供給。
相關(guān)信息如下:
Plasmon-enhanced versatile optical nonlinearities in a Au–Ag–Au multi-segmental
hybrid structure
Nanoscale, 2018, 10, 12695–12703
DOI: 10.1039/c8nr02938e
等離子體納米結(jié)構(gòu)因其顯著的線性和非線性光學(xué)特性,在非線性光學(xué)實事求是、增強(qiáng)基底和光子器件領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注進行探討。這些結(jié)構(gòu)具有獨(dú)*的光子-電子相互作用行為持續、較大的表面等離子體共振(SPR)吸收和強(qiáng)烈的局域場(chǎng)限制。為了實(shí)現(xiàn)大的局域電磁場(chǎng)增強(qiáng)和寬SPR波長(zhǎng)可調(diào)性再獲,已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多物理和化學(xué)技術(shù)來(lái)制造金屬納米結(jié)構(gòu)產品和服務。許多研究工作已經(jīng)開(kāi)展,以研究不同介電環(huán)境下的納米顆粒體驗區、納米三角形增多、納米星和納米棒等的線性和非線性特性。由于模擬結(jié)果如預(yù)期所示有望,并且能夠很好地指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)進一步推進,因此取得了巨大成功。這令人興奮方案,因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)將多個(gè)等離子體單元組裝在一起應用的選擇,設(shè)計(jì)和制造具有特殊功能和強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用的復(fù)雜結(jié)構(gòu)解決問題。
有序的納米棒陣列是在通過(guò)兩步陽(yáng)極氧化法制備的陽(yáng)極氧化鋁(AAO)膜中生長(zhǎng)的特征更加明顯。通過(guò)改變沉積時(shí)間控制每段納米棒或納米棒部分的長(zhǎng)度資料。在含有HAuCl4·4H2O(0.01 M)和H2SO4酸(0.1 M)的電解液中適應性,通過(guò)交流電解(50 Hz,11 V交流)在AAO膜中沉積金納米棒顯示,沉積時(shí)間為280秒重要的意義。在含有AgNO3(0.0176 M)和H2SO4酸(0.16 M)的電解液中沉積銀納米棒的過程中,沉積時(shí)間為40秒開展。Au–Ag–Au納米棒的沉積如下:納米棒的第一段和最后一段(金)在與金納米棒沉積相同的條件下沉積120秒互動互補,第二段(銀)在與銀納米棒沉積相同的條件下沉積。
本文中意向,使用紫外-可見(jiàn)-近紅外光譜光度計(jì)記錄吸收光譜意料之外,場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡觀察AAO膜和納米棒的形貌。
同時(shí)形式,使用鈦寶石激光器作為光源置之不顧,脈沖寬度為130 fs,重復(fù)率為76 MHz進一步提升。使用衰減器調(diào)節(jié)激發(fā)功率空間廣闊,使用半波片和Glan-Taylor棱鏡改變激光偏振。激光束通過(guò)凸透鏡聚焦系統。混合結(jié)構(gòu)固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上重要意義,該平臺(tái)安裝在電動(dòng)平移臺(tái)上交流等。透射激光由探測(cè)器收集。使用光闌在開(kāi)孔狀態(tài)和閉孔狀態(tài)之間切換規劃,進(jìn)行了ZScan的相關(guān)測(cè)試提高。
SHG和PL的測(cè)量可以使用,通過(guò)使用75 mm凸透鏡將800 nm激發(fā)激光聚焦到混合結(jié)構(gòu)上進(jìn)行SHG測(cè)量,入射角為65°紮實。通過(guò)Andor的500mm焦距光譜儀與EMCCD收集光譜效高化。使用長(zhǎng)波通和短波通濾光片凈化信號(hào)。PL測(cè)量與SHG設(shè)置相似投入力度,只是濾光片不同創造。
圖1. 原文中圖4的ZScan掃描結(jié)果
圖2. 原文中的圖6為偏振依賴的SHG結(jié)果
圖3. 原文中為圖7的SHG激發(fā)功率依賴結(jié)果
圖4. 原文中為圖8的Ag納米棒的SHG強(qiáng)度與激發(fā)功率的關(guān)系
從本文中,其實(shí)可以很明顯看到偏振甚至于激發(fā)功率強(qiáng)度變化與SHG的關(guān)系貢獻法治。
那么設備製造,為什么SHG對(duì)偏振例如p光和s光有如此強(qiáng)的依賴關(guān)系呢?我們可以從本文中找到一些答案攻堅克難,并且與大家進(jìn)行討論管理。
p偏振光(偏振方向平行于入射平面)能夠顯著增強(qiáng)二次諧波生成(SHG)效率,主要是通過(guò)以下幾個(gè)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的:
1. 增強(qiáng)局域電場(chǎng)
電場(chǎng)方向一致性:p偏振光的電場(chǎng)分量與納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸方向一致雙向互動。這種方向一致性使得電場(chǎng)能夠更有效地與納米結(jié)構(gòu)相互作用效率和安,從而在納米結(jié)構(gòu)的局域區(qū)域產(chǎn)生更強(qiáng)的電場(chǎng)增強(qiáng)。
表面等離子體共振(SPR)模式:p偏振光能夠更有效地激發(fā)縱向表面等離子體共振(LSPR)模式品牌。LSPR模式的激發(fā)會(huì)導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)局域電場(chǎng)的顯著增強(qiáng)範圍,從而提高SHG的效率。具體來(lái)說(shuō)紮實做,LSPR模式的激發(fā)使得納米結(jié)構(gòu)的局域電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增加空間廣闊,這直接導(dǎo)致了SHG信號(hào)的增強(qiáng)。
2. 實(shí)驗(yàn)觀察
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在實(shí)驗(yàn)中提供深度撮合服務,p偏振光激發(fā)下的SHG強(qiáng)度顯著高于s偏振光激發(fā)下的強(qiáng)度服務品質。例如,在Ag納米棒混合結(jié)構(gòu)中組成部分,p偏振光激發(fā)下的SHG強(qiáng)度比s偏振光激發(fā)下的強(qiáng)度高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上集成。這表明p偏振光能夠更有效地激發(fā)SPR模式,從而增強(qiáng)SHG信號(hào)互動講。
飽和現(xiàn)象:在高激發(fā)功率下穩定性,p偏振光激發(fā)下的SHG強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。這是因?yàn)椴糠旨ぐl(fā)能量會(huì)轉(zhuǎn)化為光致發(fā)光(PL)過程中,從而抑制了SHG的進(jìn)一步增強(qiáng)去突破。這種飽和現(xiàn)象在s偏振光激發(fā)下不明顯,因?yàn)閟偏振光激發(fā)下的SHG強(qiáng)度本身較低達到。
3. 數(shù)值模擬
FDTD模擬:通過(guò)有限差分時(shí)域(FDTD)模擬智能設備,可以計(jì)算不同偏振狀態(tài)下納米棒的電場(chǎng)分布和局域場(chǎng)增強(qiáng)因子(fE)。模擬結(jié)果表明,p偏振光在納米棒的長(zhǎng)軸方向上產(chǎn)生了更強(qiáng)的局域電場(chǎng)增強(qiáng)特點,這與實(shí)驗(yàn)觀察到的SHG強(qiáng)度的偏振依賴性一致積極回應。具體來(lái)說(shuō),p偏振光在納米棒的長(zhǎng)軸方向上產(chǎn)生了顯著的電場(chǎng)增強(qiáng)又進了一步,而s偏振光在納米棒的短軸方向上產(chǎn)生的電場(chǎng)增強(qiáng)較弱多種場景。
4. 具體機(jī)制
電場(chǎng)增強(qiáng):p偏振光的電場(chǎng)分量與納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸方向一致,能夠更有效地激發(fā)LSPR模式規劃。這種激發(fā)導(dǎo)致局域電場(chǎng)的顯著增強(qiáng)擴大公共數據,從而提高SHG的效率。
相位匹配條件:在某些情況下發行速度,p偏振光能夠更好地滿足相位匹配條件更加堅強。相位匹配條件是實(shí)現(xiàn)高效SHG的關(guān)鍵因素之一。p偏振光能夠更有效地激發(fā)LSPR模式性能,從而更好地滿足相位匹配條件初步建立,提高SHG效率。
非線性極化率:p偏振光能夠更有效地激發(fā)納米結(jié)構(gòu)的非線性極化率供給,從而提高SHG的效率的方法。非線性極化率的增強(qiáng)直接導(dǎo)致了SHG信號(hào)的增強(qiáng)。
5. 具體數(shù)據(jù)
Ag納米棒混合結(jié)構(gòu):在p偏振光激發(fā)下進行探討,Ag納米棒混合結(jié)構(gòu)的SHG強(qiáng)度比s偏振光激發(fā)下的強(qiáng)度高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上落到實處。這表明p偏振光能夠更有效地激發(fā)Ag納米棒的LSPR模式,從而顯著增強(qiáng)SHG信號(hào)最新。
Au納米棒混合結(jié)構(gòu):在p偏振光激發(fā)下技術創新,Au納米棒混合結(jié)構(gòu)的SHG強(qiáng)度也顯著高于s偏振光激發(fā)下的強(qiáng)度,但整體強(qiáng)度仍低于Ag納米棒混合結(jié)構(gòu)製造業。這表明Au的SPR效應(yīng)雖然較強(qiáng)優化服務策略,但不如Ag顯著。
Au–Ag–Au納米棒混合結(jié)構(gòu):在p偏振光激發(fā)下發展基礎,Au–Ag–Au納米棒混合結(jié)構(gòu)的SHG強(qiáng)度介于Au和Ag納米棒混合結(jié)構(gòu)之間兩個角度入手。這表明通過(guò)合理設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SHG強(qiáng)度的有效調(diào)控同期。
結(jié)論
p偏振光能夠顯著增強(qiáng)SHG效率生產效率,主要是通過(guò)增強(qiáng)局域電場(chǎng)、更好地滿足相位匹配條件以及提高非線性極化率來(lái)實(shí)現(xiàn)的效果。通過(guò)合理選擇激發(fā)光的偏振狀態(tài)使用,可以優(yōu)化SHG信號(hào)的強(qiáng)度,從而提高非線性光學(xué)測(cè)量的靈敏度和效率長期間。
以上的工作基本情況,恭喜華中科技大學(xué)韓俊波教授課題組現場,卓立漢光亦有幸參與高端化。
希望以上的信息對(duì)大家有幫助哦力量,歡迎各位咨詢我們相關(guān)的產(chǎn)品。
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