Reversible modulation and ultrafast dynamics of THz resonances in strongly photoexcited metamaterials
我们证明了一个超快的可逆调制共振太赫兹（THz）响应在强光激发的超材料。偶极跃迁~1.6 THz的瞬态谱-时响应随泵浦能量密度的变化呈现明显的非单调变化。跃迁能移、强度、谱宽和密度依赖的超快弛豫表明初始猝灭后共振态的显著再现。我们的模拟，结合从光致瞬态光栅的一阶衍射，再现的显着特点，为设计非线性和频率捷变太赫兹调制器提供了一种新的途径。
2011-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-optical octave-broad ultrafast switching of Si woodpile photonic band gap crystals
我们提出了超快全光开关测量的硅木堆光子带隙晶体。晶体在空间上被均匀地激发，并通过测量作为时间函数的频率（包括电信范围）上的倍频程的反射率来探测。在300 fs之后，由于光激发的自由载流子，完整的阻带已经偏移到更高的频率。切换状态以18 ps的时间常数快速弛豫。本文对有限长光子晶体的光谱开关进行了定量的理论分析。折射率的诱导变化很好地描述了一个德鲁德模型与载流子弛豫时间为10 fs。简要讨论了光子晶体腔高重复频率开关的可能应用。
2007-12-13 physics.optics
Identification of competing ultrafast all-optical switching mechanisms in Si woodpile photonic crystals
本文利用宽带可调谐非简并泵浦-探测光谱系统地研究了硅光子带隙木堆晶体的超快全光开关。在泵浦-探测符合条件下，我们研究了在很宽的泵浦和探测频率范围内，在阻带蓝边的微分反射率的行为。在符合条件下，从探测光谱中观察到色散和吸收特征。随着泵浦频率被调谐通过Si的电子带隙的一半，这两个特征的幅度增加。我们首次明确地将这种色散效应与光子晶体中的电子克尔效应联系起来，并将这种吸收特性归因于非简并双光子吸收。提取了色散和吸收非线性系数，发现与文献吻合良好。最后，我们提出了一个非简并品质因数（NFOM），它定义了所有非简并光开关过程的开关质量。
2009-04-22 physics.optics
Reversible Mode Switching in Y coupled Terahertz Lasers
电独立的太赫兹量子级联激光器（QCL）以Y配置光学耦合。双频，电子可切换的发射是在一个QCL使用非周期性光栅，使用计算机生成的全息图技术设计，直接纳入QCL波导通过聚焦离子束铣削。2.9 THz附近的多模发射被抑制，而是在2.88和2.92 THz的可切换光栅选择频率下发生激光发射。这种光子控制和切换行为经由倏逝模耦合被选择性地且可逆地转移到第二未修改的QCL，而不转移固有的光栅损耗。
2013-03-07 physics.optics
Ultrafast all-optical switching enabled by epsilon-near-zero modes in metal-insulator nanocavities
鉴于信息处理的新技术前沿，光-物质相互作用的超快控制是一个至关重要的特征。然而，传统的光学元件要么是静态的，要么具有相对于可以控制光的时间尺度而言极低的切换速度。在这里，我们利用高品质因数工程ε近零（ENZ）模式的金属-绝缘体-金属纳米腔，实现全光超快调制的光的反射率在一个定制的波长。我们的方法是基于存在的两个，光谱分离，ENZ吸收共振腔。在其高能量ENZ模式的系统的光泵浦导致一个强烈的红移的低能量模式，因为局部介电函数的瞬态增加，这导致在一个特定的波长与相对调制深度接近120%的sub-3-ps的反射率控制。
2020-04-24 physics.optics
Dynamical ultrafast all-optical switching of planar GaAs/AlAs photonic microcavities
研究了平面GaAs/AlAs微腔的超快开关特性。高达0.8%的折射率变化是通过光学激发自由载流子在1720 nm和1.8微焦耳的脉冲能量。腔谐振动态跟踪通过测量反射率与时间延迟与可调谐激光脉冲，并被发现在几皮秒内移动多达3.3线宽。关断发生在大约50 ps的衰减时间。作者推导出载流子密度和复折射率的动态行为。他们提出，通过优化样品生长，推断出的10 GHz开关速率可以提高10倍。
2007-09-11 physics.optics
Nonlinear performance of asymmetric coupler based on dual-core photonic crystal fiber: towards sub-nanojoule solitonic ultrafast all-optical switching
在亚纳焦脉冲能级下，利用超快孤子实现了高非线性光子晶体光纤中双芯非对称性的非线性平衡。通过在1500 nm和1800 nm之间的不同波长下选择性地激发和监测单个光纤芯，实验研究了光纤不对称性的影响。基于耦合广义非线性薛定谔方程的数值模拟结果表明，在快芯激发条件下，由于时间孤子的非线性不对称平衡，能量向非激发芯的转移率较高.此外，模拟结果与实验获得的输出双芯消光比对激发能和波长的依赖关系定性对应。在1800 nm快速芯激发的情况下，以23 dB的对比度记录了输出通道之间的窄带光谱强度切换。这种开关是通过改变亚纳焦区的激发脉冲能量实现的。详细分析了双芯非对称性在孤子传输过程中的非线性平衡，为超快非线性全光开关器件的发展开辟了新的前景。
2019-12-13 physics.optics
Ultrafast, low-power, all-optical switching via birefringent phase-matched transverse mode conversion in integrated waveguides
通过数值求解多模耦合非线性薛定谔方程，模拟了集成光波导中横模之间的双折射、全光、超快转换过程，展示了这种转换的潜力。所观察到的转换是由控制光束引起的，并且由于克尔效应，导致瞬态折射率光栅，其相干地将探测光从一个横向波导模式散射到另一个横向波导模式。我们引入双折射相位匹配，使有效的全光诱导模式转换在不同波长的控制和探测光束。结果表明，剪裁波导的几何形状可以利用显式最小化模间群延迟以及最大化的非线性系数，相位匹配条件的约束下。这里研究的波导的几何形状，允许模式转换与超过两个数量级的减少控制脉冲能量相比，以前的计划，从而承诺非线性模式切换超过90%的效率，在开关能量低于1 nJ。
2015-07-17 physics.optics
Kerr and free-carrier ultrafast all-optical switching of GaAs/AlAs nanostructures near the three-photon edge of GaAs
我们对GaAs/AlAs光子晶体结构进行了非简并泵浦-探测实验。我们利用光学克尔效应和三光子吸收激发的自由载流子来切换光子特性。从这些测量中，我们提取的非简并克尔系数在一个很宽的波长范围内，我们提取的三个光子吸收系数的GaAs在三个波长在近红外。我们发现，光克尔效应是足够大的切换腔谐振与高\emph{Q}（$Q>1000$）光子腔。
2008-06-19 physics.optics
Ultrafast and energy-efficient all-optical switching with graphene-loaded deep-subwavelength plasmonic waveguides
全光开关因其可以克服电开关的速度限制而受到人们的关注。然而，由于现有材料中固有的小光学非线性，超快、节能的全光开关的实现一直具有挑战性。作为解决方案，我们提出了石墨烯负载的深亚波长等离子体波导（30 nm x 20 nm）。由于极端的光限制，我们显著增强了石墨烯的光学非线性吸收，并实现了超快全光开关，开关能量为35 fJ，开关时间为260 fs。开关能量比以前的石墨烯基器件小四个数量级，是有史以来报道的任何全光开关在几皮秒或更少的值。该器件可以有效地连接到传统的Si波导和Si光子集成电路。我们相信，这种基于石墨烯的器件将为片上超快和节能的光子处理铺平道路。
2019-07-03 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast Optical Switching Using Photonic Molecules in Photonic Crystal Waveguides
利用时域有限差分法和耦合模理论研究了光子晶体平板结构中光子分子与波导的耦合。在双腔光子分子中，腔模的耦合产生两个具有对称和反对称场分布的超模。当同时激发两个超模时，电场的能量在两个腔之间振荡。为了激发和探测光子晶体的能量振荡，我们将光子分子与两个光子晶体波导集成在一起。在耦合结构中，我们发现两个超模的品质因数可能会因为超模的场分布不同而不同。通过优化两个光子分子腔间空气孔的半径，得到了两个超模的品质因数几乎相等，波导模与两个超模之间的耦合强度也几乎相等。在这种情况下，两个腔之间的完整能量振荡可以通过一个波导中的泵浦源获得，其可以由另一个波导读出。最后，我们证明了所设计的结构可以用于超快光开关的时间尺度为几皮秒。
2015-04-07 physics.optics
Ultrafast Polarization Switching in BaTiO$_3$ Nanomaterial: Combined DFT and Coupled Oscillator Study
本文结合DFT与耦合振子模型研究BaTiO$_3$在太赫兹脉冲下的超快极化翻转，发现单个线偏振脉冲只能引起退极化而无法实现稳定翻转，并给出最低强度微扰脉冲的最佳参数估计。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
The terahertz frontier for ultrafast coherent magnetic switching: Terahertz-induced demagnetization in ferromagnets
非热相干磁旋进与超快退磁之间的跃迁频率可以说是当今磁学科学和技术中最需要解决的问题。到目前为止，它被认为是在太赫兹（THz）范围内。在这里，使用一个超强的低频太赫兹子弹，和薄的磁性层，我们报告的实验证据表明，完全相干的非热太赫兹磁开关可能永远无法达到传统的铁磁薄膜。在高激发强度下，虽然自旋仍然与THz磁场相干地旋进，但沉积的THz能量引发超快退磁并最终导致材料损伤。这一系列现象是同时发生的。报告的实验设定了根本性的限制，并对电子和磁系统之间的耦合以及超快时间尺度上相关的结构动力学提出了质疑。
2015-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Indirect but Efficient: Laser-Excited Electrons Can Drive Ultrafast Polarization Switching in Ferroelectric Materials
为了提高下一代铁电电子器件的效率，需要新的控制铁电极化开关的技术。虽然大多数先前的研究试图通过激发声子来诱导偏振切换，但这些实验技术需要复杂且昂贵的太赫兹源，并且尚未完全成功。在这里，我们提出了一种新的机制，通过激光调谐的基础动态势能面快速，有效地切换FE偏振。使用含时密度泛函计算，我们观察到超快开关的FE极化BaTiO 3在200 fs内。激光脉冲可以引起电荷密度重新分布，从而降低原始FE电荷顺序。这种激励导致理想的和高度定向的离子力，总是相反的原始FE位移。我们的新机制使FE偏振与光脉冲，可以从现有的800 nm实验激光源产生的可逆切换。
2019-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast all-optical switching using doped chromoprotein films
下一代通信网络要求在网络节点处使用亚皮秒交换机和路由器进行> Tbit/s的单通道数据传输和处理。实现超快全光开关的材料具有很高的潜力来解决当前光电电路的速度限制。由于纯电子非线性，色蛋白已经显示出比由光学克尔效应引起的折射率变化大得多的快速光控折射率变化，从而减轻了光开关的驱动能量要求。在这里，我们报告的飞秒瞬态光栅实验证明了< 200 fs的全光开关的可行性水合薄膜的光活性黄蛋白，第一次，并比较使用细菌视紫红质所获得的结果。讨论了该方案在极高速光调制和具有无穷消光比的开关/路由中实际应用的可能性。
2022-08-04 physics.bio-ph physics.optics
Design of Ultrafast All-Optical Pseudo Binary Random Sequence Generator, 4-bit Multiplier and Divider using 2 x 2 Silicon Micro-ring Resonators
全光器件是下一代超快、超低功耗、超宽带信息处理系统的关键器件。硅微谐振器（SiMRR）为全光开关和CMOS兼容计算提供了一个通用平台，具有高Q值、可调谐性、紧凑性、可扩展性和可扩展性等优点。本文对2 × 2 SiMRR的超快全光开关进行了详细的理论分析，分析中考虑了双光子吸收引起的自由载流子注入效应和热光效应。研究结果已被用于设计简单紧凑的全光3位和4位伪随机二进制序列发生器以及首次报道的全光4 × 4位乘法器和除法器。这些设计针对低功耗、超快操作和高调制深度进行了优化，实现了45 Gbps的逻辑操作。
2022-10-09 physics.optics
Optical tristability and ultrafast Fano switching in nonlinear magneto-plasmonic nanoparticles
我们考虑了一个涂层的磁等离子体纳米粒子（MPNP）与克尔型非线性等离子体外壳和磁光核心的光散射。这样的结构具有两个等离子体振子偶极模式，与壳的内表面和外表面上的电子振荡相关联。在非线性状态下驱动，每个模式都表现出一种非线性响应。内部等离子体的双稳态导致在该状态和Fano共振之间切换（Fano切换）。一旦外部光强度超过临界值，两个本征模式的双稳区重叠产生光学三稳性，其特征在于对于给定的波长和光强度的三个稳定的稳态。我们开发了一个动态的非线性稳态之间的过渡理论和估计的特征切换时间短至0.5 ps。我们还表明，磁光（MO）效应允许红色和蓝色的光谱移位的Fano配置文件的右和左圆偏振的外部光，呈现Fano开关敏感的光偏振。具体地，可以实现右圆偏振的Fano切换，同时消除左圆偏振的Fano切换。我们的研究结果指出，一类新的超快Fano开关可调的磁场在纳米光子学的应用。
2018-02-19 nlin.AO physics.optics
Ultrafast spontaneous spin switching in an antiferromagnet
本文在反铁磁正铁氧体 Sm0.7Er0.3FeO3 中通过双飞秒探针偏振涨落相关分析，首次观测到由热涨落驱动的皮秒级自发自旋翻转，并发现一种新的磁振子模式。
2023-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Sub-picosecond all-optical switching in a hybrid VO2:silicon waveguide at 1550 nm
在硅波导几何结构中实现超快全光开关是迈向集成平台的一个关键里程碑，该平台能够处理对更高速度和更高容量的信息传输日益增长的需求。由于硅中的电光效应和热光效应较弱，人们对混合结构产生了浓厚的兴趣，在混合结构中，可以通过将另一种材料集成到波导中来实现开关，包括相变材料二氧化钒（VO 2）。人们早就知道VO 2的相变可以由超快激光脉冲触发，并且泵浦激光能量密度是控制薄膜在800 nm附近的飞秒激光脉冲照射下的恢复时间的关键参数。然而，薄膜实验是不是一个先验的可靠的指南，使用VO 2的全光开关在芯片上的硅光子，因为在电信波段的VO 2的光学常数的变化很大，低插入损耗的要求，并在集成的光子系统中允许的开关能量的限制。在这里，我们报告的第一次测量表明，可逆的，超快的光致相变VO 2可以利用实现亚皮秒开关时，小VO 2体积集成在硅波导作为调制元件。高于阈值的开关能量为600 fJ/开关的数量级。这些结果表明，VO 2现在可以追求作为一个强有力的候选人的全光开关与亚皮秒开关时间。
2020-07-06 physics.optics
Epsilon-Near-Zero Al-Doped ZnO for Ultrafast Switching at Telecom Wavelengths: Outpacing the Traditional Amplitude-Bandwidth Trade-Off
透明导电氧化物由于其低的光学损耗、类金属行为、多功能/可定制的光学性质和既定的制造工艺，最近作为用于纳米光子学的CMOS兼容材料获得了极大的关注。特别是，铝掺杂氧化锌（AZO）是非常有吸引力的，因为它的介电常数可以在近红外和红外的宽范围内设计。然而，尽管有所有这些有益的特征，这些化合物典型的慢（> 100 ps）电子-空穴复合时间仍然代表阻碍超快光学调制的基本限制。报道了第一种ε-近零AZO薄膜，它在1.3 μm远距离波长下，在很低的泵浦能量密度（< 4 mJ/cm ~ 2）下，同时表现出超快的载流子动力学（激发和复合时间低于1 ps）和高达40%的反射率调制。所展示的AZO薄膜的独特性质是低温制造过程促进氧空位和超高载流子浓度的结果。作为概念验证，数值模拟了一种基于AZO的全光等离子体激元调制器，实现了7.5 μm波长的3dB调制，工作在THz频率。我们的研究结果克服了传统的“调制深度与速度”的权衡至少一个数量级，AZO是最有前途的化合物之一，可调/可切换的纳米光子学。
2015-03-26 physics.optics
Transient Pauli blocking in a InN film as a mechanism for broadband ultrafast optical switching
Global Center for Science and Engineering (GCSE), Faculty of Science and Engineering, Waseda University（早稻田大学理工学部）；Graduate School of Advanced Science and Engineering, Waseda University（早稻田大学先进理工学研究科）；Graduate School of Science and Engineering, Aoyama Gakuin University（青山学院大学理工学府）；Institute for Molecular Science（分子科学研究所）；The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（综合研究大学院大学）；National Metrology Institute of Japan (NMIJ), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所国家计量标准研究所）
InN薄膜中利用瞬时泡利阻塞效应实现宽带超快光学开关，通过电子温度升高诱导泡利阻塞，无需显著载流子注入。
2026-01-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Two-color all-optical switching in Si-compatible epsilon-near-zero hyperbolic metamaterials
本文提出一种硅兼容的介电常数近零双曲超材料，实现可见与近红外双波长超快全光开关，开关时间达数百飞秒，可应用于太赫兹调制。
2023-05-11 physics.optics
Broadband sensitive pump-probe setup for ultrafast optical switching of photonic nanostructures and semiconductors
我们描述了一个超快时间分辨泵浦探测光谱设置，旨在研究纳米光子结构的开关。飞秒泵浦和探测脉冲都可以在3850和21050 cm $^{-1}$之间的宽频率范围内独立调谐。宽的泵浦扫描范围允许大的光学穿透深度，而宽的探测扫描范围对于强光子晶体的研究至关重要。一种新的数据采集方法允许灵敏的泵浦-探测测量，并校正探测强度和泵浦杂散光的波动。与激光波动相比，我们观察到设置的精度提高了十倍，允许在1 s的测量时间内测量精度优于$Δ$ R= 0.07%。演示的改进技术的体硅晶片，3D硅反蛋白石光子带隙晶体，和Z-扫描测量的双光子吸收系数的Si，GaAs，和三光子吸收系数的GaP在红外波长范围内。
2009-03-01 physics.ins-det physics.optics
A new coupling mechanism between two graphene electron waveguides for ultrafast switching
我们提出了一种基于双石墨烯电子波导的新型超快电子开关器件，类似于光学双通道波导器件。该设计利用了两个石墨烯电子波导之间拉比振荡的相干量子力学隧穿原理。基于修正的耦合模理论，我们建立了一个理论模型来分析器件的特性，并预测开关速度大于1ps。由于室温下石墨烯中电子的平均自由程较长，所提出的设计避免了常规半导体量子阱结构中所需的低温操作的限制。我们的设计布局类似于一个标准的CMOS晶体管，应该很容易制造与当前最先进的纳米技术。
2019-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmonic crystals for ultrafast nanophotonics: Optical switching of surface plasmon polaritons
我们证明，表面等离子体激元的色散在周期性穿孔的金膜可以有效地操纵飞秒激光脉冲的波长远离本征共振的金。使用时间和频率分辨的泵浦探测技术，我们观察到移动的等离子体极化激元共振的响应时间从200到800 fs取决于探测光子的能量，通过它，我们获得了全面的洞察电子动力学在金。我们发现，在0.5 mJ/cm ^2的中等泵浦能量密度下，光学光谱中的伍德异常在差分透射和反射中提供了显著的共振，其幅度高达3%。
2011-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast all-optical toggle writing of magnetic bits without relying on heat
本研究提出利用飞秒线偏振激光非热性改变铁石榴石磁各向异性，实现宽温域、低耗散的全光磁比特超快翻转写入。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast switching of telecom photon-number states
本文利用单模光纤中的光学Kerr效应，实现了最高达6个光子的预告光子数态的超快全光切换，切换效率>99%，分辨率2.3 ps，插入损耗2.27±0.08 dB，信噪比32,000。
2025-10-14 physics.optics quant-ph
Ultrafast optical circuit switching for data centers using integrated soliton microcombs
当前数据中心内部的网络包括通过光纤和收发器互连的耗电电子分组交换机的层次结构。随着这种电交换网络的扩展接近平台，功率高效的解决方案是实现具有光电路交换（OCS）的扁平网络，而没有电子交换机并且由于服务器之间的直接链路而减少了收发器的数量。利用可调谐激光器和阵列波导光栅路由器是实现OCS的一种很有前途的方法。这样的OCS网络可以提供高带宽和低网络延迟，并且光子集成的可能性导致节能、紧凑和可扩展的光子数据中心网络。为了有效地支持动态数据中心工作负载，在亚纳秒（ns）内切换波长至关重要。在这里，我们展示了基于微梳的超快光子电路交换。采用光子集成氮化硅微梳与半导体光放大器（SOA）相结合，实现了20个以上载流子的亚纳秒（< 500 ps）开关。此外，25-Gbps的非归零（NRZ）和50-Gbps的四电平脉冲幅度调制（PAM-4）突发模式传动系的传输系统。此外，基于片上磷化铟（InP）的SOA和阵列波导光栅（AWG）用于显示sub-ns切换以及25-Gbps NRZ突发模式传输，为未来数据中心提供了一条通往更可扩展和节能的波长切换网络的路径。
2020-10-11 physics.app-ph physics.optics
Intersubband polaritonic metasurfaces for high-contrast ultra-fast power limiting and optical switching
本文通过协同优化半导体异质结构材料与光子纳米结构，研制出超快极化激元超表面功率限制器，在实验中实现了创纪录的54%反射对比度，并指出全电介质超表面有望将对比度提升至94%。
2024-03-23 physics.optics quant-ph
Ultrafast all-optical shutter based on two-photon absorption
提出了一种基于简单双色双光子吸收技术的超快全光快门。对于时间分辨的发光测量，这种快门是一个有趣的替代光学克尔门。抑制效率为99%，关断和接通速度仅受脉冲长度的限制，抑制时间由晶体板厚度决定，带宽跨越整个可见光谱。我们表明，我们的快门也可以用于精确测量群速度内的透明材料。
2016-04-20 cond-mat.other physics.optics
Ultrafast all-optical switching in nonlinear 3R-MoS$_2$ van der Waals metasurfaces
该研究展示了3R-MoS₂范德华超表面通过准连续谱束缚态实现SHG效率增强超100倍，并利用C₃ᵥ对称性实现近统一调制深度的超快偏振切换，为纳米非线性光学提供变革性平台。
2025-03-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single-shot laser-induced switching of an exchange biased antiferromagnet
磁有序的超快操纵挑战了我们对磁性材料的基本性质和动力学性质的理解。到目前为止，Single Shot磁开关仅限于亚铁磁合金和多层膜。在铁磁（FM）/反铁磁（AFM）双层膜中，交换偏置（He）来自两层之间的界面交换耦合，反映了反铁磁的微观取向。在这里，我们证明了Single Shot开关的反铁磁体（改变的符号和振幅的他）与一个单一的飞秒激光脉冲在IrMn/CoGd双层的可能性。我们展示了切换为不同的层厚度和组合物的宽范围的注量。原子模拟预测超快开关和恢复的AFM磁化的时间尺度为2 ps。这些结果提供了最快和最节能的方法来设置交换偏置，并为超快自旋电子器件的潜在应用铺平了道路。
2023-02-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-optical switching on the nanometer scale excited and probed with femtosecond extreme ultraviolet pulses
在纳米长度尺度上对磁化的超快控制，特别是全光开关，是将超快磁性置于数据存储技术未来技术应用道路上的关键。然而，由于光辐射的波长限制，在这种长度尺度上用光进行磁化操纵是具有挑战性的。在这里，我们激发瞬态磁光栅的周期为87 nm的两个相干飞秒光脉冲的干涉在极紫外光谱范围内的自由电子激光设施费米在GdFe合金。随后的超快演变的磁化模式探测的第三个，时间延迟的脉冲调谐到Gd的N-边缘在8.3 nm的波长的衍射。通过检查同时记录的第一和第二衍射级，并通过使用具有飞秒时间分辨率的宽场磁光显微镜进行参考实空间测量，我们可以最终证明纳米长度尺度上的全光开关的超快出现。
2022-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
THz-bandwidth all-optical switching of heralded single photons
通过在市售单模光纤中利用克尔效应旋转光子偏振态，实现了单光子的光致超快开关。在$\sim1.7$的开关时间为ps，信噪比为97%的条件下，开关效率达到97%.通过测量二阶自相关函数$g^{(2)}(0)$没有显著增加来确认量子态的保持。这些值仅用由80 MHz重复频率的激光振荡器产生的纳焦耳级泵浦能量获得。结果突出了一个简单的开关设备，能够高带宽操作和保存单光子特性的应用在光子量子处理和超快时间门控或开关。
2018-06-12 physics.optics quant-ph
Ultrafast all-optical switching by single photons
量子光学的一个突出目标是在单光子水平上实现快速光学非线性。这种非线性将允许实现具有新功能的光学器件，例如单光子开关/晶体管或受控相位门，这可能构成未来量子光学技术的基础。虽然单发射极水平的非线性光学效应已经在不同的系统中得到了证实，包括耦合到法布里-珀罗或环形微腔的原子，带状线谐振器中的超导量子比特或纳米腔中的量子点（QD），但迄今为止这些实验都没有证明超快时间尺度上的单光子开关。在这里，我们表明，在一个强耦合的量子点腔系统的存在下，一个基本的极化激元过渡的单光子可以打开光散射的过渡从第一到第二Jaynes-Cummings流形的切换时间为20 ps。作为一个额外的设备应用，我们使用这种非线性来实现单光子脉冲相关器。我们的量子点腔系统可以形成未来的高带宽光子网络在量子制度的构建块。
2011-11-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultrafast symmetry control in photoexcited quantum dots
该研究揭示了胶体铅硫族化物量子点在皮秒尺度上由光激发载流子驱动的可逆对称性变化，提出了一种在超快时间尺度上光学控制纳米系统对称性的新方法。
2024-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast Dynamic Metallization of Dielectric Nanofilms by Strong Single-Cycle Optical Fields
我们预测一个动态的金属化效应，其中一个超快（单周期）的光脉冲与一个字段小于或1 V/埃的顺序导致等离子体金属样行为的介电膜具有几个nm的厚度。这表现在等离子体激元振荡的极化和显着人口的导带演变的飞秒时间尺度。这些现象是由于绝热（可逆）和非绝热（实际上是不可逆的）途径的结合。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast All-Optical Switching via a Supersolid Phase Transition of Light
GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院等离子体与核聚变研究所）；Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa（里斯本理工学院里斯本高等工程学院）
研究利用驱动耗散微腔中光超流与自发有序超流体之间的双稳性，实现超快全光开关，通过可调非本地光-光相互作用实现高迁移率二维电子气的嵌入，实现写入-保持-擦除协议，具有120dB的开关对比度。
2026-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
On-demand reversible switching of the emission mode of individual semiconductor quantum emitters using plasmonic metasurfaces
本文设计可追踪的外部等离激元超表面耦合系统，实现单个半导体量子发射体在单光子与光子对发射模式间的按需、无损可逆切换。
2023-08-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Time-resolved reversible optical switching of the ultralow-loss phase change material Sb2Se3
锑基硫族化合物Sb 2Se 3是一种新兴的光子相变材料，由于其在晶体和非晶相的电信波长下的超低光损耗。在这里，我们调查这些材料的动态响应从纳秒到毫秒的光泵浦条件下。本文采用双色泵浦-探测瞬态反射光谱技术研究光学相变材料的光学性能。直径为数百纳米的非晶区域是通过使用高于吸收限的488 nm的波长对材料进行脉冲激发而引起的，而瞬态反射率是使用远低于材料的吸收限的连续波980 nm激光来探测的。我们发现在纳秒范围内的玻璃化动力学和观察结晶毫秒的时间尺度。这些结果表明，在这种材料中的结晶和玻璃化动力学之间的时间尺度上的大的五个数量级的差异。这项工作中提供的见解是优化材料家族及其在光子应用中的应用的基础。
2021-11-25 physics.app-ph physics.optics
Femtosecond switching of strong light-matter interactions in microcavities with two-dimensional semiconductors
本文提出利用二维半导体微腔中强-弱耦合的超快转变实现全光开关，在保持超高开关频率的同时将阈值能量降至每脉冲4皮焦耳以下，为超快全光逻辑电路和神经网络提供了新平台。
2024-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
ITO-Based Microheaters for Reversible Multi-Stage Switching of Phase-Change Materials: Towards Miniaturized Beyond-Binary Reconfigurable Integrated Photonics
诱导大的折射率变化是可重构光子结构的圣杯，这一目标长期以来一直是发现新光学材料平台的驱动力。近年来，Ge-Sb-Te（GST）基相变材料在非晶态和晶态之间的折射率差异引起了可重构集成纳米光子学的极大关注。在这里，我们介绍了一个微加热器平台，采用光学透明和导电的铟锡氧化物（ITO）桥的快速和可逆的电气开关的GST相之间的结晶和非晶态。通过适当分配的电脉冲施加到ITO微加热器，我们表明，我们的平台允许注册几乎任何中间结晶状态到GST膜集成的顶部设计的微加热器。更重要的是，我们证明了GST相之间的非晶态和晶态的完全可逆性。为了展示使用这种混合GST/ITO平台用于小型化集成纳米光子结构的可行性，我们将我们设计的微加热器集成到马赫-曾德尔干涉仪的臂中，以实现与现有集成光子架构相比具有数量级更小的足迹的电可重构光学移相器。我们表明，光信号的相位可以逐渐转移到多个中间状态使用的结构，可以潜在地小于一个单一的波长。我们相信，我们的研究展示了在混合PCM光子器件中使用光学功能的超越二进制重新配置来形成全新的小型化可重新配置集成纳米光子学的可能性。
2020-03-20 physics.app-ph physics.optics
Single-shot imaging of ultrafast all-optical magnetization dynamics with a spatio-temporal resolution
我们提出了一个实验室系统的单次拍摄磁光（MO）成像的超快磁化动力学与高灵敏度的MO旋转。我们创建了一个堆栈的MO图像重复采用一对泵和散焦探测脉冲诱导和可视化MO的样品中的变化。两个激光束都是独立的波长可调的，允许灵活的、共振可调的双色泵浦和探测方案。为了增加MO对比度，探测光束被空间滤波。我们在掺钴钇铁石榴石薄膜（YIG：Co）中进行了全光开关实验，以证明所提出的方法的能力。我们确定了在没有外加磁场的情况下，驱动YIG：Co薄膜中磁化强度全光开关的光致各向异性有效场的时空分布。此外，利用这种成像方法，我们跟踪了激光诱导磁化进动的过程。
2021-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast demagnetization in a ferrimagnet under electromagnetic field funneling
对提高磁存储器存储的密度、速度和能量效率的追求已经导致了对在超快时间尺度上光学操纵磁性的新方式的探索，特别是在亚铁磁合金中。虽然全光磁化切换在飞秒时间尺度上已经建立，但横向纳米级限制以及因此潜在的磁性元件尺寸的显著减小仍然是一个突出的挑战。在这里，我们采用共振电磁能量泛函等离子体纳米天线的影响铁磁TbCo合金薄膜的退磁动力学。我们演示了如何在谐振光学飞秒泵浦下的Ag纳米环形天线减少整体磁光响应，由于在下面的膜中的退磁高达三倍相比，非谐振照明。我们将这种大幅减少归因于退磁过程的纳米级限制。这是定性支持的电磁模拟，有力地证明了从纳米天线到亚铁磁膜的纳米尺度的光能funterm。这是在这种系统中实现纳米级确定性超快全光磁化开关的第一步和定义性步骤，为开发纳米级超快磁光开辟了一条道路。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-Optical Ultrafast Valley Switching in Two-Dimensional Materials
针对二维材料能谷电子学的快速调控需求，提出一种全光学相干控制协议，可在几十飞秒内实现能谷选择性激发、去激发和能谷间切换，并在石墨烯与二硫化钼中验证其普适性与鲁棒性。
2023-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrafast cryptography with indefinitely switchable optical nanoantennas
双稳态被广泛用于全光信号处理和基于光的计算。在对应于“0”和“1”位的两个稳态之间切换的标准范例基于以下规则：当信号脉冲强度超过双稳态阈值时发生转变，否则，系统保持在初始状态。在这里，我们打破了这个概念，揭示了不定开关的现象，其中最终的稳定状态的谐振MEMS系统被转换成一个非平凡的函数的信号脉冲参数为中等强度的信号脉冲。无限期切换的基本非线性允许实现良好保护的密码算法与一个单一的可编程元件相比，软件辅助的密码协议，需要数千个逻辑门。作为概念的证明，我们展示了通过无限可切换的光学纳米天线来破译单词“谜”的流。从每秒~0.1到1太比特的极高比特率和小尺寸使得这样的系统有希望作为全光密码架构的基本元件。
2018-10-13 physics.app-ph physics.data-an physics.optics
