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超快可调谐表面等离激元诱导透明

  “介观光学与飞秒光物理”基金委创新研究群体胡小永教授和龚旗煌教授研究组在光通讯波段全光超快可调谐表面等离激元诱导透明研究中取得重要进展。全光超快可调谐表面等离激元诱导透明在超高速量子信息处理、集成光子回路等领域都具有非常重要的应用前景。由于通常材料的三阶非线性光学系数相对较小,使得全光可调谐表面等离激元诱导透明的阈值光强高达GW/cm2的量级。而且,在光通讯波段同时实现超快响应和大三阶非线性的材料非常困难,这就严重限制了表面等离激元诱导透明的实际应用。

  研究论文提出一种在光通讯波段增强超快非线性响应的新方法,设计和制备出一种多晶ITO/金特异材料,利用纳米尺度ITO晶粒量子局域效应增强非线性、从金纳米结构到ITO的热电子注入增强非线性、表面等离激元共振场增强效应获得了较大的三阶非线性系数,将全光可调谐表面等离激元诱导透明的阈值光功率降低4个数量级,阈值泵浦光强降低到0.1 MW/cm2的量级,同时利用载流子在ITO晶粒中的超快复合过程,仍然保持了皮秒量级的超快速时间响应。

  研究论文于2013年8月1日发表在Nature出版集团重要期刊Scientific Reports上(Yu Zhu, Xiaoyong Hu, Yulan Fu, Hong Yang, and Qihuang Gong, “Ultralow-power and ultrafast all-optical tunable plasmon-induced transparency in metamaterials at optical communication range”, Scientific Reports3, 2338 (2013))。审稿人给予了高度评价并指出“作者成功获得一个巨大的三阶非线性极化率并使用0.1 ~ 1.0 MW/cm2低泵浦光强来调节表面等离激元诱导透明的共振波长,对于通常的半导体材料来说,这是很难实现的”、“该研究工作在等离激元和特异材料领域是非常重要的,而且在超快响应的集成光子器件领域有重要的潜在应用”。

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图:特异材料SEM照片(左)和表面等离激元诱导透明的全光超快调谐特性(右)

  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”和杰出青年基金项目、介观物理国家重点实验室的资助。

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