用于全光開關(guān)和脈沖激光器的超快等離子體

小金屬NPs中的LSPR。(A)沿著z軸施加電場的示意圖。(B)一個小Ag NP被場富集(彩色圖)和整個Poynting矢量的場線所包圍，Poynting矢量在346 nm處處于共振狀態(tài)(右)，在600 nm處處于非共振狀態(tài)(左)[44]。金屬NPs的光激發(fā)和弛豫。(C至F)激光脈沖照射金屬NP時發(fā)生的激發(fā)和隨后的弛豫過程。在這里，灰色表示電子狀態(tài)，紅色表示激發(fā)態(tài)電子，藍色表示缺電子(空穴)。(C) LSP的激活首先將光導向NP[94,97]。(D)通過朗道阻尼，e-h對重新發(fā)射光子，或者由于e-e相互作用發(fā)生電荷倍增，導致在1- 100-fs范圍內(nèi)τn的時間內(nèi)衰減。(E) E - E在100 fs至1 ps的τel時間內(nèi)發(fā)生散射。(F)在100 ps至10 ns的熱傳導過程中在環(huán)境中的散熱[97]。(G) Sr2RuO4在倒數(shù)波向量空間中的對稱點描繪，以監(jiān)測發(fā)光電子的動量和能量[102]。(H) 0 ~ 100 eV能量范圍內(nèi)的電子路徑和模擬場增強，天線長度為160 nm[103]。資料來源:《超快科學》(2023)。DOI: 10.34133/ultrafastscience.0048等離子體在推進納米光子學方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因為等離子體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出廣泛的物理特性，這些特性得益于局部和強化的光-物質(zhì)相互作用。這些特性被廣泛應(yīng)用于表面增強拉曼散射光譜、傳感器和納米激光器等領(lǐng)域。除了這些應(yīng)用之外，等離子體激元的超快光學響應(yīng)也是實現(xiàn)不同光譜波段光信號切換的關(guān)鍵特性，這對于先進的光學邏輯電路和電信系統(tǒng)至關(guān)重要。

近年來，光交換已成為全光計算和信號處理發(fā)展的重要組成部分，其中要求這些光交換器件具有更高的響應(yīng)速度和調(diào)制深度以及廣泛的光譜可調(diào)性。

等離子體納米結(jié)構(gòu)的制備和表征的最新進展激發(fā)了對其在光子學領(lǐng)域潛在應(yīng)用的持續(xù)研究。劉教授和他的團隊專注于等離子體在光子學中的作用，介紹了超快等離子體材料的最新進展，主要關(guān)注全光開關(guān)。

本文討論了等離子體光-物質(zhì)相互作用和等離子體動力學的基本現(xiàn)象，通過實驗和理論方法闡述了超快過程，并全面說明了利用超快等離子體進行全光開關(guān)和脈沖激光產(chǎn)生的方法，重點是器件設(shè)計和性能。

在第一部分中，他們介紹了在不同的等離子體材料和結(jié)構(gòu)中觀察到的與超快等離子體響應(yīng)相關(guān)的光物質(zhì)相互作用，然后說明了用于研究等離子體中超快機制的理論和實驗方法。

在接下來的章節(jié)中，他們討論和總結(jié)了基于貴金屬等離子體超表面、相變雜化材料、導電氧化物和波導分類的超快等離子體光開關(guān)系統(tǒng)，并進一步按可見光和近紅外波段進行了劃分。最后一節(jié)討論了利用等離子體超快光開關(guān)產(chǎn)生超快脈沖激光器。超快等離子體已被廣泛應(yīng)用于越來越多的光子學應(yīng)用。本文將作為研究人員探索等離子體子學新過程的參考文獻。

研究結(jié)果發(fā)表在《超快科學》雜志上。