近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室在基于波紋ENZ（epsilon-near-zero）材料增強(qiáng)非線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(tuán)隊(duì)提出了一種基于ENZ材料增強(qiáng)非線性吸收的寬帶超快全光開(kāi)關(guān)方案，并利用亞波長(zhǎng)波紋ITO薄膜在1450-1650nm波段實(shí)現(xiàn)了寬帶超快全光開(kāi)關(guān)，其品質(zhì)因子優(yōu)于已報(bào)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。 ej{7)#  
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超快全光開(kāi)關(guān)是光通信、光計(jì)算與量子信息處理領(lǐng)域的核心器件。近年來(lái)，ENZ增強(qiáng)非線性折射為超快全光開(kāi)關(guān)提供了有效的解決方案。然而，非線性折射誘導(dǎo)共振模式漂移難以實(shí)現(xiàn)寬波長(zhǎng)操作。此外，平面ENZ薄膜的ENZ增強(qiáng)非線性折射具有本征的偏振和角度依賴特征，限制了這些全光開(kāi)關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景。無(wú)帶隙石墨烯的寬帶非線性吸收可解決基于非線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(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平坦的完美吸收，因而無(wú)法直接構(gòu)建寬帶全光開(kāi)關(guān)。 N="H 06t  
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本工作提出了基于波紋ITO薄膜增強(qiáng)非線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(xiàn)的寬帶完美吸收和場(chǎng)增強(qiáng)，增強(qiáng)寬帶非線性吸收，進(jìn)而利用ITO材料特有的帶內(nèi)超快非線性響應(yīng)實(shí)現(xiàn)寬帶超快全光開(kāi)關(guān)。研究設(shè)計(jì)制備了基于SiO2微球掩膜的亞波長(zhǎng)波紋ITO薄膜，利用其ENZ和LSPR模式在1450-1650nm范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了完美吸收（A>98%）和大的局域場(chǎng)增強(qiáng)，使得器件在1450nm處的非線性飽和吸收系數(shù)高達(dá)-1.5×10⁵cm/GW，對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)對(duì)稱性使全光開(kāi)關(guān)在200 nm吸收帶內(nèi)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(yīng)時(shí)間的前提下克服平面ENZ薄膜本征的窄帶、偏振依賴和角度依賴問(wèn)題，是潛在的ENZ超快全光開(kāi)關(guān)材料平臺(tái)。 6D1tRo  
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研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目及中科院國(guó)際合作局對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。 J5*(