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通过超表面全光分子化实现太赫兹频率与相位的超快调控

DOI：10.1002/adom.201901050 期刊：Advanced Optical Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 将具有强光-物质相互作用的光活性半导体集成到功能单元超原子中，为动态调控太赫兹（THz）波提供了有效途径。本研究提出并全面分析了一种新型超构光调制器，其展现出卓越的共振频率与相位宽域可调性，并具备超快光开关特性。具体而言，通过在超表面嵌入平行硅（Si）桥结构增强连接能力，实现了从磁四极子到电偶极子的超快光学分子化转变。在飞秒脉冲激发下，该调制器的共振频率调谐范围高达40%（从1.16 THz至0.7 THz），通过调节硅桥长度可进一步提升至48%（从1.56 THz至0.81 THz）。同时，在保持高透射率的前提下，特定频率处的相位延迟可实现53.3°的精准调控。此外，研究首次系统探究了瞬态频率切换与相移动力学过程，证实其完全恢复时间小于2纳秒。该超构调制器通过光学分子化超表面设计，在保持超快开关速度的同时，同步实现了共振频率与相位的大范围调谐，为多功能主动调控系统提供了更深入的理论认知。
作者： Yuze Hu，Tian Jiang，Junhu Zhou，Hao Hao，Hao Sun，Hao Ouyang，Mingyu Tong，Yuxiang Tang，Han Li，Jie You，Xin Zheng，Zhongjie Xu，Xiangai Cheng
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

提出并研究一种新型超构光子调制器，通过将光活性半导体集成到功能单元超原子中，实现对太赫兹（THz）波的动态调控，展现出共振频率与相位的大范围可调性以及超快光开关的优势。

研究成果

所提出的光学驱动超构调制器平台通过利用单元超原子间的硅桥连接，实现了超快宽带工作频率偏移与高相位可调性。该方法在调谐范围和速度方面具有显著优势，为超快光开关材料平台及光学分子化的进步铺平了道路。

研究不足

该研究受实验装置技术限制，例如由于系统限制，恢复时间测量仅能在2纳秒内进行。此外，通过调整硅桥几何结构并采用离子注入来缩短载流子寿命，调谐速度和范围或可进一步优化。

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