二维系统三阶光学响应中的带内发散

大非线性光学系数的存在是将非线性光学材料用于非线性光学器件的前提之一。对于晶体，此类大系数可通过将光子能量与不同能带间的共振能量匹配来实现，因此晶体能带结构的细节起着重要作用。此处我们证明，大三阶非线性也可通过一种不同策略普遍获得：当任一入射频率或任意两个或三个频率之和趋近于零时，电子态的掺杂或激发布居在感应电流密度中导致发散贡献。我们类比线性响应中Drude电导的行为，称这些为带内发散。在物理上，此类共振过程可与带内和带间光学跃迁的组合相关联。电流诱导二阶非线性、相干电流注入与急动电流均与此种发散相关，并且我们发现在某些条件下简并四波混频与交叉相位调制中也会出现类似发散。这些发散受带内弛豫参数限制，并导致高质量样品产生大光学响应；我们发现它们对能带结构细节的变化非常鲁棒。为清晰追踪所有上述效应，我们分析了带隙石墨烯，将电子描述为有质量Dirac费米子；在弛豫时间近似下，我们推导了三阶电导率的解析表达式，并辨识出在描述相关非线性现象时产生的发散。