超快可調諧表面等離激元誘導透明

“介觀光學與飛秒光物理”基金委創新研究群體胡小永教授和龔旗煌教授研究組在光通訊波段全光超快可調諧表面等離激元誘導透明研究中取得重要進展。全光超快可調諧表面等離激元誘導透明在超高速量子信息處理、集成光子回路等領域都具有非常重要的應用前景。由于通常材料的三階非線性光學系數相對較小，使得全光可調諧表面等離激元誘導透明的阈值光強高達GW/cm2的量級。而且，在光通訊波段同時實現超快響應和大三階非線性的材料非常困難，這就嚴重限制了表面等離激元誘導透明的實際應用。

研究論文提出一種在光通訊波段增強超快非線性響應的新方法，設計和制備出一種多晶ITO/金特異材料，利用納米尺度ITO晶粒量子局域效應增強非線性、從金納米結構到ITO的熱電子注入增強非線性、表面等離激元共振場增強效應獲得了較大的三階非線性系數，将全光可調諧表面等離激元誘導透明的阈值光功率降低4個數量級，阈值泵浦光強降低到0.1 MW/cm2的量級，同時利用載流子在ITO晶粒中的超快複合過程，仍然保持了皮秒量級的超快速時間響應。

研究論文于2013年8月1日發表在Nature出版集團重要期刊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 Reports 3, 2338 (2013)）。審稿人給予了高度評價并指出 “作者成功獲得一個巨大的三階非線性極化率并使用0.1 ~ 1.0 MW/cm2 低泵浦光強來調節表面等離激元誘導透明的共振波長，對于通常的半導體材料來說，這是很難實現的”、“該研究工作在等離激元和特異材料領域是非常重要的，而且在超快響應的集成光子器件領域有重要的潛在應用”。

研究工作得到國家973項目、國家自然科學基金委“創新研究群體”和傑出青年基金項目、介觀物理國家重點實驗室的資助。