近日， 信息科学与工程学院张婧婧教授、崔铁军院士团队联合南京航空航天大学罗宇教授团队提出了一种能够实现从相干完美吸收到参量放大的连续动态调控的非线性方法，并基于非线性人工表面等离激元（SSPP）波导结构进行了实验验证。该研究可以在单个器件中实现吸收与放大这两种相反的过程，这有望在片上传感、光探测、雷达隐身和无线通信等领域中得到应用。该工作以《基于非线性人工表面等离激元波导的从相干完美吸收至参量放大的动态转换》为题发表在《Nature Communications》上。
传统的线性相干完美吸收方法基于透射和反射光的干涉效应，因此对设备尺寸与材料折射率的要求十分严格，而器件尺寸与折射率难以在加工完毕后调节，如何在吸收和放大状态之间进行动态切换是一个挑战。团队提出的非线性方法则对波导长度的容错率高，对波导基底材料的损耗不敏感，并且通过引入差频信号提供了额外的调控自由度，调节输入的信号波与高功率泵浦波之间的相位关系，即可实现对输出的信号波功率的大范围调制。实验观测到在约21.52dBm的泵浦波功率下，信号波增益的连续可调范围约为-33dB至22dB，如图1所示。
图1 a. 在非线性SSPP波导中实现参量放大到相干完美吸收的动态调控工作原理示意图；b SSPP波导的单元结构；c 输出端口处的示意图；d 信号波增益在不同输入波间相位差下随传输距离的变化曲线；e信号波增益在不同传输距离下随输入波间相位差的变化曲线。
信息科学与工程学院的博士研究生崔文怡为第一作者，张婧婧教授、崔铁军教授和南京航空航天大学的罗宇教授为论文通讯作者。香港城市大学博士后高欣欣也参与了该工作。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47191-x
来源：信息科学与工程学院