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Nonlinear optics in metallic nanostructures via hydrodynamic drift-diffusion theory of electrons

通过电子流体动力学漂移扩散理论研究金属纳米结构中的非线性光学

基本信息

批准号：
22K03488
负责人：
落合哲行
金额：
$ 2.25万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、金属ナノ構造において、電子の流体力学描像により非局所応答を取り込んだ、2次の非線形光学効果の精密解析をおこなうことを目的としている。初年度は金属ナノ構造における、非局所応答による光整流を数値計算にのせるための技術的な問題にトラップされた。非局所応答をまともにとりこむと、非線形光学効果で生じる静電ポテンシャルに、電磁波の縦波と横波、トーマスフェルミ遮蔽の寄与が混じりあう。定式化においては、縦波、横波を区分けすることで、明瞭で解析的な光整流の表式が得られた。しかし、数値計算上は物理量を計算する際に現れる積分において、この混ざり合いのために被積分関数の特異性が強くなる。そのため、数値計算の収束性が改善せず、大幅に時間をとられた。ここの精度が出ないと、ポテンシャル分布、電流分布の空間 profile についても問題を引き起こす。来年度はこれらの問題を解決し、次のステップへと進みたい。一方、金属ナノ構造は光領域での吸収が顕著であり、非エルミート性が強くなる。この性質をつきつめて考えるため、複素周波数空間でもS行列を高精度に計算する方法を開発した。この方法では吸収と利得を平等に扱える。その副産物として、非エルミート表皮効果とレーザー発振の関連を明らかにした。またレーザー発振はそれほど構造の最適化をせずとも起こり得る。その時間反転プロセスを考えることにより、コヒーレント完全吸収を構造の最適化なしにデザインできることを示した。

In this study, the structure of metal, electron and hydrodynamic imaging, non-local analysis and precision analysis of second-order nonlinear optical effects are studied. In the early years, there were problems in metal structure, non-local problems in optical rectification and numerical calculation, and problems in technology. Non-linear optical effects, electrostatic waves, electromagnetic waves, transverse waves, shielding and mixing The expression of optical rectification is derived from the formula of optical rectification. In the calculation of physical quantities, the integrals and mixtures are highly specific. For example, if you want to improve your performance, you can do so quickly. The accuracy of the current distribution, the spatial profile of the current distribution, and so on In the future, we will solve the problem and make progress. On the one hand, the metal structure absorbs light in the field, and the non-metallic nature is strong. A method for calculating the number of cycles in a complex space with high accuracy has been developed. The method is to absorb and benefit equally. The by-products of the two systems are clearly related to the skin effect and vibration. The best way to solve this problem is to optimize the structure. The time limit for the optimization of the absorption structure is determined.