表面等离子体共振(等离子体共振峰)

非线性等离子体中的参数共振

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局域表面等离子体激元是金属粒子中光子和自由电荷振荡相互作用产生的特征模式。等离子体共振作为一种在亚波长范围内定位和增强光场的手段，已经引起了人们的极大关注。这种独特的性质使得通过增强等离子体场来增强原本微弱的非线性效应成为可能，从而促进了非线性等离子体电子学的出现。在非线性等离子体电子学中，高次共振的选择性光激发是一个难点，因为高次共振将提供比容易获得的偶极模式更高的品质因数和场限制。为了解决这个问题，堪萨斯大学(KU)的研究人员探索了非线性等离子体电子学的一个新领域：局部表面等离子体激元的参数激发和放大。本文回顾了等离子体参量共振(PPR)的物理原理，讨论了PPR的潜在应用。相关结果发表在2019年第12期第17卷。

艺术图：嵌入非线性介质中的金属纳米球的等离子体模式参数激发

在局域等离子体共振中，模式外场被直接激发，外场的频率和空间分布与等离子体的给定模式相匹配。与传统的局域等离子体共振不同，PPR是一种放大形式，其中泵浦光场将能量间接传递到模式中。在PPR，等离子体结构的模式实际上是由适当的泵浦场引起的背景介电常数的时间调制放大的。这种介电常数的变化转化为模态共振频率的调制，在特定条件下会被放大。PPR的一个独特的特征是，只要泵浦超过一定的强度阈值(这是所有参数共振的特征)，通过简单的空间均匀泵浦可以获得任意的高阶模式。基于这一特点，本文引入了等离子体参量吸收器(PPA)的概念。PPAs表现出反饱和吸收行为，即当入射场的强度超过相应的PPR阈值时，与等离子体的一个或多个模式参数共振的入射场将经历强的增强吸收。这种效应使得PPAs在光限幅方面有着非常广阔的应用前景，在非线性等离子体电子学的新兴领域也有着重要的应用前景。

堪萨斯大学研究生埃里克施韦斯伯格(Eric Schweisberger)曾与萨兰德里诺教授和法达德教授合作，指出“非线性等离子体中的参量效应将有力地推动未来科学和应用的发展，我们正在为此而努力”。目前，堪萨斯大学的研究团队正在研究传播表面等离子体的PPR理论，致力于利用等离子体参数吸收器进行光限幅的实验演示。

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