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       近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗室在基于波紋ENZ（epsilon-near-zero）材料增強非線(xiàn)性吸收的寬帶超快全光開(kāi)關(guān)研究方面取得新進(jìn)展?？蒲袌F隊提出了一種基于ENZ材料增強非線(xiàn)性吸收的寬帶超快全光開(kāi)關(guān)方案，并利用亞波長(cháng)波紋ITO薄膜在1450-1650nm波段實(shí)現了寬帶超快全光開(kāi)關(guān)，其品質(zhì)因子優(yōu)于已報道的基于平面AZO薄膜、ITO納米棒及MIM納米微腔的全光開(kāi)關(guān)。相關(guān)研究成果以Broad-Band Ultrafast All-Optical Switching Based on Enhanced Nonlinear Absorption in Corrugated Indium Tin Oxide Films為題，發(fā)表在ACS Nano上。

　　超快全光開(kāi)關(guān)是光通信、光計算與量子信息處理領(lǐng)域的核心器件。近年來(lái)，ENZ增強非線(xiàn)性折射為超快全光開(kāi)關(guān)提供了有效的解決方案。然而，非線(xiàn)性折射誘導共振模式漂移難以實(shí)現寬波長(cháng)操作。此外，平面ENZ薄膜的ENZ增強非線(xiàn)性折射具有本征的偏振和角度依賴(lài)特征，限制了這些全光開(kāi)關(guān)的應用場(chǎng)景。無(wú)帶隙石墨烯的寬帶非線(xiàn)性吸收可解決基于非線(xiàn)性折射的超快全光開(kāi)關(guān)的窄帶問(wèn)題，為基于ENZ材料的寬帶全光開(kāi)關(guān)提供了新思路。然而，與石墨烯不同，平面ENZ薄膜難以在寬波長(cháng)范圍內實(shí)現平坦的完美吸收，因而無(wú)法直接構建寬帶全光開(kāi)關(guān)。

　　本工作提出了基于波紋ITO薄膜增強非線(xiàn)性吸收的寬帶超快全光開(kāi)關(guān)方案，其核心思想是利用波紋ITO薄膜中的ENZ和LSPR模式實(shí)現的寬帶完美吸收和場(chǎng)增強，增強寬帶非線(xiàn)性吸收，進(jìn)而利用ITO材料特有的帶內超快非線(xiàn)性響應實(shí)現寬帶超快全光開(kāi)關(guān)。研究設計制備了基于SiO₂微球掩膜的亞波長(cháng)波紋ITO薄膜，利用其ENZ和LSPR模式在1450-1650nm范圍內實(shí)現了完美吸收（A>98%）和大的局域場(chǎng)增強，使得器件在1450nm處的非線(xiàn)性飽和吸收系數高達-1.5×10⁵ cm/GW，對應的消光比和開(kāi)關(guān)時(shí)間在18.51 mJ/cm²泵浦通量下分別為14.32 dB和350 fs。此外，波紋ITO薄膜良好的結構對稱(chēng)性使全光開(kāi)關(guān)在200 nm吸收帶內具有偏振無(wú)關(guān)和廣角特征。波紋ENZ薄膜可在不增加響應時(shí)間的前提下克服平面ENZ薄膜本征的窄帶、偏振依賴(lài)和角度依賴(lài)問(wèn)題，是潛在的ENZ超快全光開(kāi)關(guān)材料平臺。

　　研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金面上資助項目及中科院國際合作局對外合作重點(diǎn)項目的支持。

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