北大“飛秒光物理和介觀光學(xué)”獲全光開關(guān)新進(jìn)展

        中國教育裝備采購網(wǎng)訊：據(jù)北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室消息，近日，北大“飛秒光物理和介觀光學(xué)”創(chuàng)新研究群體在介觀光學(xué)領(lǐng)域又取得了新進(jìn)展。

　　據(jù)悉，該實(shí)驗(yàn)室的龔旗煌教授、胡小永副教授和他們學(xué)生在可見-近紅外波段實(shí)現(xiàn)微納集成全光開關(guān)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在光通訊波段實(shí)現(xiàn)了低功率、超快速光子晶體全光開關(guān)原型器件。研究論文發(fā)表在國際權(quán)威期刊Advanced Materials上 (Xiaoyong Hu, Yingbo Zhang, Yulan Fu, Hong Yang, Qihuang Gong*, “Low-Power and Ultrafast All-Optical Tunable Nanoscale Photonic Metamaterials”, Advanced Materials, Vol.23, No.37, 4295-4300 (2011))。

　　光子晶體全光開關(guān)是一種非常重要的介觀光子學(xué)器件，在光計(jì)算、光互聯(lián)和超高速信息處理等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)低閾值光功率、超快時(shí)間響應(yīng)和高開關(guān)效率是其實(shí)用化的關(guān)鍵。由于通常材料在光通訊波段的非線性光學(xué)系數(shù)相對較小，使得光子晶體全光開關(guān)的閾值光功率高達(dá)GW/cm2的量級，這就嚴(yán)重制約了光子晶體全光開關(guān)的實(shí)際應(yīng)用。

　　論文通過將Bragg共振增強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)與強(qiáng)量子局域效應(yīng)相結(jié)合，制備出在光通訊波段具有大三階非線性光學(xué)系數(shù)和超快時(shí)間響應(yīng)的復(fù)合材料，突破了介觀光子學(xué)器件研究在材料方面所受的限制;利用該復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了低功率、超快速光子晶體全光開關(guān)器件原型：將閾值光功率降低了3個(gè)數(shù)量級，閾值光強(qiáng)從GW/cm2的量級降低到9 MW/cm2, 接近實(shí)用化的要求;同時(shí)保持了24.2 ps 的超快速時(shí)間響應(yīng)和80%的高開關(guān)效率。

　　在此基礎(chǔ)上，他們還制備出多組分納米復(fù)合材料，利用缺陷模式的耦合實(shí)現(xiàn)了皮秒時(shí)間響應(yīng)的低功率光子晶體全光開關(guān)器件原型，相關(guān)工作發(fā)表在重要期刊Applied Physics Letters上(Applied Physics Letters Vol. 99, No. 14, 141105 (2011); Applied Physics Letters Vol. 99, No. 14, 141113 (2011))。

　　據(jù)北大相關(guān)網(wǎng)站介紹，該項(xiàng)研究工作得到了國家973項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金委“創(chuàng)新研究群體”項(xiàng)目等的資助。