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“飞秒光物理和介观光学”创新研究群体在介观光子器件研究取得新的进展

  “飞秒光物理和介观光学”创新研究群体在介观光学领域又取得了新的研究进展,在实现了低功率、高速光子晶体全光开关器件之后, 他们又实现了低功率、高透过率对比的全光二极管器件原型器件。研究论文即将发表在国际重要刊物Adv. Funct. Mater.上 (Xiaoyong Hu, Zhiqiang Li, Jiaxiang Zhang, Hong Yang, Qihuang Gong*, Xinping Zhang, “Low-power and high-contrast nanoscale all-optical diodes via nanocomposite photonic crystal microcavities”, Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.201002445.)。

 

  光子晶体全光二极管是一种重要的介观光学器件,在光计算、光互联和超快速信息处理等领域都具有重要的应用前景。实现低阈值光功率和高正反向透过率对比是其实用化的关键。由于通常材料的非线性光学系数相对较小,使得光子晶体全光二极管的阈值光功率很高,阈值光强在几百GW/cm2的量级,正反向透过率对比只有几十。这就严重制约了光子晶体全光二极管的实际应用。

 

  论文通过将金属纳米颗粒表面等离激元共振增强非线性光学效应与光子晶体微腔的强光子局域效应相结合,制备出具有大三阶非线性光学系数的纳米复合材料光子晶体微腔,突破了介观光子学器件研究在材料方面所受的限制;利用全光可调谐纳米复合材料光子晶体微腔,实现了低功率、高透过率对比的全光二极管器件原型:将阈值光功率降低了4个数量级,阈值光强从几百GW/cm2的量级降低到2.1 MW/cm2, 接近实用化的要求;将正反向透过率对比提高了3个数量级,达到了11875。

 

  研究成果不仅将促进全光二极管等介观光子学器件的实际应用研究,而且为非线性光学新材料的研究提供了一条新的途径。

 

  研究工作得到国家973项目、国家自然科学基金委“创新研究群体”项目和重点实验室自主课题等的资助。

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