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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。

本期是第二期：Au–Ag–Au納米棒混合結構如何影響SHG信號強度？

Au–Ag–Au納米棒混合結構對二次諧波生成（SHG）強度的影響主要通過以下幾個方面實現(xiàn)：

1. 表面等離子體共振（SPR）效應

• 增強局域電場：Au–Ag–Au納米棒混合結構中，金（Au）和銀（Ag）段的表面等離子體共振（SPR）效應可以顯著增強局域電場。特別是銀（Ag）段，由于其在可見光和近紅外區(qū)域具有非常強的SPR效應，能夠產生非常強的局域電場增強。

• 協(xié)同效應：Au和Ag段的組合可以產生協(xié)同效應，進一步增強局域電場。這種協(xié)同效應不僅來自于各自的SPR效應，還來自于它們之間的界面模式。這些界面模式可以提供額外的局域電場增強，從而提高SHG效率。

2. 納米結構設計

• 多段結構的優(yōu)勢：Au–Ag–Au納米棒混合結構通過合理設計，可以實現(xiàn)對局域電場的多重增強。例如，通過調整Au和Ag段的長度和位置，可以優(yōu)化SPR模式的激發(fā)，從而進一步增強局域電場。

• 相位匹配條件：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棒的長軸方向一致，使得入射光波和產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

• SHG強度的顯著增強：實驗結果顯示，Au–Ag–Au納米棒混合結構在p偏振光激發(fā)下的SHG強度顯著高于純Au和純Ag納米棒混合結構。具體來說，Au–Ag–Au納米棒混合結構的SHG強度可以達到純Ag納米棒混合結構的水平，甚至更高。這表明通過合理設計納米結構，可以實現(xiàn)對SHG強度的有效調控。

• 飽和現(xiàn)象：在高激發(fā)功率下，Au–Ag–Au納米棒混合結構的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。

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棒的長軸方向一致，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。

• 協(xié)同效應：Au和Ag段的組合可以產生協(xié)同效應，進一步增強局域電場。這種協(xié)同效應不僅來自于各自的SPR效應，還來自于它們之間的界面模式。這些界面模式可以提供額外的局域電場增強，從而提高SHG效率。

6. 總結

Au–Ag–Au納米棒混合結構通過增強局域電場和優(yōu)化相位匹配條件，顯著提高了SHG強度。具體來說，這種結構通過以下方式實現(xiàn)對SHG強度的增強：

• 增強局域電場：通過激發(fā)Au和Ag段的SPR效應，以及它們之間的界面模式，顯著增強局域電場。

• 優(yōu)化相位匹配條件：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，從而提高SHG的效率。

• 協(xié)同效應：Au和Ag段的組合可以產生協(xié)同效應，進一步增強局域電場，從而提高SHG效率。

因此，Au–Ag–Au納米棒混合結構在SHG應用中具有顯著優(yōu)勢，特別是在需要高效率和強信號的場合。