Publication

Insights into second-harmonic generation mechanisms in plasmonic nanostructures: Interplay between surface and bulk contributions

2026

Résumé

The origin of second-harmonic generation (SHG) in centrosymmetric materials, such as plasmonic metals, remains a subject of long-standing debate. In this work, the relative roles of local surface- and nonlocal bulk-induced nonlinear sources in the SHG of gold nanostructures are investigated using full-wave simulations and experimental SHG microscopy. The transition from the dipolar to the quadrupolar regime is studied using multipolar decompositions. SHG measurements of fabricated nanocylinders support the simulation results, indicating the increasing role of bulk nonlinearities in high-aspect ratio structures. Far-field scattering diagrams suggest that different SHG sources may be distinguished through directional emission. This study provides a comprehensive framework for understanding and dissecting the microscopic origins of SHG in plasmonic systems.

Source officielle

https://infoscience.epfl.ch/entities/publication/7ac17cfb-5049-41d1-a521-14ff0a4c0243

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Génération de seconde harmonique

vignette|Niveaux d'énergie impliqués dans la création de SHG La génération de seconde harmonique (GSH ou SHG en anglais, également appelé doublage de fréquence) est un phénomène d'optique non linéaire dans lequel des photons interagissant avec un matériau non linéaire sont combinés pour former de nouveaux photons avec le double de l'énergie, donc avec le double de la fréquence ou la moitié de la longueur d'onde des photons initiaux. La génération de seconde harmonique, en tant qu'effet optique non linéaire d'ordre pair, n'est autorisée que dans les milieux sans centre d'inversion .

Optique non linéaire

Lorsqu'un milieu matériel est mis en présence d'un champ électrique , il est susceptible de modifier ce champ en créant une polarisation . Cette réponse du matériau à l'excitation peut dépendre du champ de différentes façons. L'optique non linéaire regroupe l'ensemble des phénomènes optiques présentant une réponse non linéaire par rapport à ce champ électrique, c'est-à-dire une réponse non proportionnelle à E.

Plasmonic metamaterial

A plasmonic metamaterial is a metamaterial that uses surface plasmons to achieve optical properties not seen in nature. Plasmons are produced from the interaction of light with metal-dielectric materials. Under specific conditions, the incident light couples with the surface plasmons to create self-sustaining, propagating electromagnetic waves known as surface plasmon polaritons (SPPs). Once launched, the SPPs ripple along the metal-dielectric interface. Compared with the incident light, the SPPs can be much shorter in wavelength.

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