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偏振二次諧波掃描成像系統(tǒng)：激發(fā)光偏振狀態(tài)對 SHG 強度影響的機制解析
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,。
本期是第三期：激發(fā)光的偏振狀態(tài)對于SHG強度的影響主要原因是什么,？
激發(fā)光的偏振狀態(tài)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(xiàn)：
1. 表面等離子體共振（SPR）模式的激發(fā)
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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)下的強度。具體來說，Ag納米棒混合結構在p偏振激發(fā)下的SHG強度比s偏振激發(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,，從而增強SHG信號。
飽和現(xiàn)象：在高激發(fā)功率下,，p偏振激發(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。
3. 數(shù)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(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,。
4. 具體數(shù)據(jù)
Ag納米棒混合結構：在p偏振激發(fā)下，Ag納米棒混合結構的SHG強度比s偏振激發(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)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(fā)下,，Au納米棒混合結構的SHG強度也顯著高于s偏振激發(fā)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(fā)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(xiàn)對SHG強度的有效調控。
結論
激發(fā)光的偏振狀態(tài)對SHG強度有顯著影響,。p偏振光能夠更有效地激發(fā)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(fā)效果較弱，因此SHG強度較低,。通過合理選擇激發(fā)光的偏振狀態(tài),，可以優(yōu)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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