在表面和交界面引发二次谐波的现象（非线性光学与光子学）

在一种介质材料的表面或两种不同材料的交界面的限定区域，其当地局部结构对称性，可以不同于其整体块状区域的各向同性或中心对称特性，因此在上述表面或交界面处可以呈现出光学二次非线性响应。

为此，考虑两种具体情况：首先考虑两种各向同性或具中心对称的不同介质的交界面，在该处附近的分子相互作用场，相对于每一个介质来说均发生了突变，从而在交界面附近的一定薄层范围内（通常只有单个或几个分子层），原有的中心对称性会受到一定程度的破坏，因此该界面薄层可被看作一种准宏观二次非线性介质，并可以用来产生比各自单独材料强得多的SHG信号。第二种情况是考虑被吸附在某种各向同性或具中心对称介质表面的单层分子，与其所附介质表面薄层之间的相互作用。此时，被吸附分子在介质表面处可呈现出规则的取向分布，因而导致表面附近中心对称性的局部破坏，并提供了一种表面二次非线性响应的能力。此情况下，作为一个例子，表面区域的二阶非线性极化率可以表示为

式中，Ns为介质表面单位面积上的吸附分子数，为表征单个吸附分子的二阶非线性极化率，为表征从吸附分子坐标向实验室坐标转换的矩阵系数，Lxyz为表面附近的局部场修正因子。需要说明的是，这里由吸附分子本身结构以及它们与所附基底介质的相互作用特性所决定；而Lxyz则与介质表面规则度以及表面场特性有关。

从20世纪80年代起，探测出自表面或交界面二次谐波或二次和频，已成为研究材料表面非线性特性的一种有效技术手段。被研究的系统包括有固液界面、固气界面、固真空界面、液气界面等［55～58］。被研究的分子吸附层可以借助多种方法制备，包括染料溶液蒸发［59］、L-B法成膜［60］、挥发成膜［56］以及电解成膜等［61，62］。通过开展这些研究，人们可获得如下有价值的科学信息［63～65］：

（1）表面吸附分子层的对称性、空间取向以及二阶非线性极化率大小。(www.xing528.com)

（2）表面SHG或和频信号的共振增强效应。

（3）固体表面原子层分布的对称性与相变特性。

（4）表面粗糙度影响和局部场增强的SHG。