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用于激光锁模的可饱和等离子体超表面

DOI：10.1038/s41377-020-0291-2 期刊：Light: Science & Applications 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 超材料是由亚波长基本单元构成的人造材料，能产生自然界不存在的特殊波特性。然而这些特性通常依赖三维图案化实现，而大多数光子应用所关注的可见光及近红外波段短波长区域难以实现这种结构。为突破这一限制，作为超材料二维对应形式的超表面应运而生——这种与平面纳米技术兼容（因而适合量产）的平台，将超材料特性集成于二维薄片之中。在线性领域，近期已实现用于透镜成像、全息术和偏振控制的波前调控；由于超表面能高效将入射光转换为具有特殊偏振特性的谐波频率，非线性工作模式下的超表面也日益受到关注。但迄今为止，学界大多忽视了超表面的非线性吸收特性。本研究证明：等离子体超表面可作为饱和吸收体，其调制性能优于其他二维材料，并展现出特殊的偏振非线性传递函数。我们量化了饱和吸收与单元等离子体共振及其在二维超表面中分布的关联，最终通过将超表面集成至光纤激光腔（该激光腔由超表面特性驱动产生脉冲工作模式）实现了实际应用。这项工作为需要可调非线性传递函数的超薄非线性饱和吸收体（如超快激光器或神经形态电路等应用）提供了新思路。
作者： Jiyong Wang，Aurelien Coillet，Philippe Grelu，Benoit Cluzel，Olivier Demichel，Zhiqiang Wang，Davi Rego，Alexandre Bouhelier
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了证明等离子体超表面可作为具有优异调制性能和特殊偏振非线性传递函数的可饱和吸收体，并将这些超表面集成到光纤激光腔中以实现实际应用。

研究成果

等离子体金超表面展现出具有超高调制性能和可通过设计调控的特殊偏振特性的可饱和吸收特性。这些特性源于超表面的等离子体本质，其结合了高消光系数、可调谐的等离子体共振以及亚皮秒载流子弛豫动力学。将这些超表面集成到光纤激光腔中，证明了它们在产生稳定锁模状态和孤子分子方面的潜力，为超快激光器和神经形态电路的应用提供了新视角。

研究不足

该研究主要聚焦于金纳米棒超表面及其在光纤激光腔中的集成应用。非线性吸收的偏振依赖性以及调制深度与偏振不敏感特性之间的权衡问题被指出为需要进一步优化的方向。

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