子带间极化超表面超快光开关及其功率限制

       高度非线性的超表面具有非常广泛应用的潜力，包括无相位匹配约束的波混频，全光开关和光束转向，光限制，以及相位共轭。考虑到这些功能，科研人员已经采取了许多方法在超表面中实现大规模二阶和三阶非线性效应，例如使用固有金属或电介质的非线性，ε-接近零材料，和与J-聚集体或其他分子偶联。最近已证明子带间极化超表面，基于亚波长贴片天线谐振器与多量子阱(MQWs)的子带间跃迁，可以产生一个远远超过其它方法的有效的二阶非线性效应。它们独特的非线性响应源于MQW中电子态的量子工程异质结构，它本身就能成为已知的最大的基于光子的块体材料非线性响应共振场剖面的载体。总之，具有快速三阶非线性光响应的高度非线性光学材料是全光光子器件(如信号处理和计算开关、功率限制器和饱和吸收器)运行的关键。传统光学材料的非线性响应较弱，因此需要较大的光强才能引起其特性的显著变化。

        近日，美国纽约城市大学光子学研究中心Sander A. Mann等人研究了多量子阱半导体异质结构中耦合子带间跃迁的亚波长贴片天线的耦合速率的光学控制可以提供一个巨大的三阶非线性响应，其量级为3.4×10 -13m2/V2，响应时间小于2 ps。研究人员利用这种效应来设计子带间极化超表面，并演示了它们作为高度非线性饱和和反向饱和吸收体的运作流程，使光功率限制器和其它元件能够进行全光调制和控制。该方法可设计大量紧凑、低功率、高度非线性的器件，并通过设计可定制特定的光谱、时间和结构波前响应。相关研究工作发表在《Optica》上。（丁雷）

      文章链接：Sander A. Mann et al, Ultrafast optical switching and power limiting in intersubband polaritonic metasurfaces,Optica(2021).https://doi.org/10.1364/OPTICA.415581.