Nanoscale mapping of ultrafast magnetization dynamics with femtosecond Lorentz microscopy
新的时间分辨成像技术的超快纳米磁化动力学的调查是必不可少的光控磁性的进一步发展。在这里，我们介绍飞秒洛伦兹显微镜，实现了低于100 nm的空间分辨率和700 fs的时间分辨率，这使得访问的瞬态激发态的自旋系统的飞秒时间尺度和随后的弛豫动力学。我们展示了这种技术的能力，通过时空映射的光致退磁的一个单一的磁涡旋结构，并定量提取光激发后的磁化场的演变。可调电子成像条件允许优化的空间分辨率或场灵敏度，使未来的调查超快内部动态的磁性拓扑缺陷的10纳米长度尺度。
2017-10-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Ultrafast Topological Transitions Driven by Permittivity Modulation in Non-Hermitian Multilayers
本文通过ITO/SiO$_2$/Ag多层膜中的超快介电常数调制，揭示10 ps载流子弛豫驱动ENZ共振红移、异常点移动和缠绕数量子化变化，从而将皮秒介电常数动力学与非厄米光子拓扑转变直接关联。
2025-11-10 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
Near-field Ultrafast Nondiffractive Laser Nanoscale Cutting of Glass with Quasi-null Interface Roughness
Université Jean Monnet（让·莫内大学）；Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）
本文利用近场增强的零阶贝塞尔-高斯光束实现铝硅酸盐玻璃单步切割，界面粗糙度低于5纳米，归因于赫兹-克努森型蒸发过程，为近原子精度激光加工开辟新路径。
2026-10-01 physics.app-ph physics.optics
Antiresonances and Ultrafast Resonances in a Twin Photonic Oscillator
本文研究了双耦合半导体激光器破缺锁相态的小信号调制响应特性。这些模式的扩展的稳定性和变化的不对称性允许引入一组丰富的有趣的调制响应特征，例如尖锐的谐振和反谐振以及在超过自由运行弛豫频率几个数量级的非常高的频率下的有效调制。
2018-08-11 physics.optics
Nonlinear and Ultrafast All-Dielectric Metasurfaces at the Center for Integrated Nanotechnologies
超表面通过在表面上布置的纳米级谐振器阵列来控制光学波前。当与具有强光学非线性的III-V族半导体结合时，可以在纳米尺度上实现和增强各种非线性效应，例如谐波产生和全光调制。这篇综述介绍了我们在集成纳米技术中心（CINT）制造的超快和非线性半导体超颖表面中的工程和增强非线性效应的研究。我们涵盖了我们最近的工作，通过直接和级联过程中的GaAs超颖表面使用米氏光学共振或连续介质保护的束缚态的参数产生谐波光，然后描述了最近的进展，谐波产生耦合到III-V族半导体异质结的子带间跃迁的全介质超颖表面。该评论的结论是超颖表面作为芯片上量子光产生的下一个平台的潜力。
2022-05-26 physics.optics
Nanoscale confinement of energy deposition in glass by double ultrafast Bessel pulses
超快激光脉冲在空间上被整形为贝塞尔光束，产生高纵横比的等离子体通道，其弛豫可以导致纳米通道的形成。我们报告了一个强大的增强的纳米通道钻孔效率与照明由10至500 ps之间的延迟分开的双脉冲。这使得能够形成直径低至100 nm的纳米通道。实验吸收测量表明，钻井效率的增加是由于能量沉积的约束的增加。纳米通道的形成对应于第二脉冲的吸收的急剧变化，表明发生了由第一脉冲产生的相变。这创造了一种高度吸收的长寿状态。我们的测量结果表明，它是兼容的半金属化的温暖致密的玻璃发生在第一个激光脉冲照射后的时间尺度<10 ps。
2021-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Terahertz All-Optical Modulation in a Silicon-Polymer Hybrid System
虽然千兆赫兹级的自由载流子调制器以前已经在硅中得到了证明，但由于硅的弱超快光学非线性，以太赫兹速度工作的强度调制器还没有报道。我们已经证明了在硅聚合物集成波导器件中光的强度调制，基于全光克尔效应-与四波混频中使用的超快效应相同。时域强度调制的直接测量是在10 GHz的速度。我们的实验表明，这种调制功能的超快机制，在光学频率通过光谱测量，并在超过1太赫兹的频率强度调制可以在这个设备中获得。通过将光学聚合物通过倏逝波耦合集成到高模限制硅波导，我们大大增加了交叉相位调制波导的有效非线性。高模式限制、多个集成光学元件和高非线性的组合产生了在与电信系统兼容的连续波功率水平下操作的全光学超快器件。尽管在消光方面远未达到商用射频光调制器标准，但这些器件是在硅中开发大规模集成超快光学逻辑的第一步，并且比先前报道的硅器件快两个数量级。
2006-06-28 physics.optics
Nonlinear ultrafast modulation of the optical absorption of few cycle terahertz pulses in n-doped semiconductors
我们使用一个开放的孔径Z扫描技术，以显示如何强烈的几个周期的太赫兹脉冲可以经历一个非线性漂白的吸收在n-杂质半导体由于太赫兹电场驱动的谷间散射的电子在导带。相干检测的传输太赫兹脉冲波形还允许的非线性电导率动态其次亚皮秒的时间分辨率。Z-扫描和时域结果都与我们的理论分析一致。
2009-05-03 physics.optics
Nonlinear optical absorption in nanoscale films revealed through ultrafast acoustics
本文描述了一种新的自旋泵浦探测光声技术，用于研究薄膜的非线性吸收。作为一个测试案例，喹吖啶酮的有机多晶薄膜，一种众所周知的颜料，具有在几十纳米范围内的厚度，被飞秒激光脉冲激发，产生时域布里渊散射信号。该信号与从薄膜发射到衬底中的应变波直接相关，并且可以用于定量地提取薄膜本身的非线性光学吸收特性。喹吖啶酮表现出二次和三次激光能量密度的依赖制度，我们表明，对应于两个和三个光子的吸收过程。该技术可广泛应用于难以或不可能用传统的基于透射率的测量来表征的材料，包括纳米级的材料，易于激光损伤，具有非常弱的非线性特性，不透明或高度散射。
2022-05-17 physics.chem-ph physics.optics
Broadband holography-assisted coherent imaging -- towards attosecond imaging at the nanoscale
近年来，纳米级相干成像已经成为一种不可或缺的成像方式，允许超过经典成像光学给出的分辨率限制。与此同时，阿秒科学也取得了巨大的进展，揭示了原子、分子和复杂材料中的超快动力学。将泵浦探测实验的阿秒时间分辨率与纳米空间分辨率相结合，将允许在最小的时空尺度上研究超快动力学，但尚未得到证实。然而，阿秒脉冲的大带宽通常阻碍了高分辨率的相干成像。在这里，我们提出了一个强大的全息增强相干成像方法，它允许结合高质量和高空间分辨率的相干成像与大的光谱带宽。通过在高次谐波源上实施我们的方法，我们首次证明了34 nm（2.5 λ）的空间分辨率与仅支持380 as的傅立叶有限脉冲持续时间的光谱带宽相结合。该方法具有单次发射能力，另外从测量的衍射图案中检索光谱，因此不受发射间波动的影响。这为纳米级动力学的超快视图铺平了道路，例如与Petahertz电子和未来数据存储相关的超快电荷转移或超快自旋电流。
2020-12-02 eess.IV physics.optics
Ultrafast all-optical modulation of spatially structured photons
本文研究了利用超快脉冲和光学克尔效应实现少模交叉相位调制，在≤1.3 ps时间尺度上对结构光子的空间模式进行显著全光调制，为退相干前处理量子信息提供新途径。
2025-04-07 physics.optics quant-ph
Ultrafast laser-induced subwavelength structures towards nanoscale: the significant role of plasmonic effects
近年来，通过控制复杂人造结构上的表面等离子体激元（SPs）来实现对光的超越衍射极限的操控，引起了人们极大的兴趣。然而，在这里，我们证明了在短脉冲激光烧蚀超快活性等离子体结构自发产生凭借等离子体效应，而不是人类的聪明才智。首先，分裂的激光诱导的亚波长光栅，实验证明在ZnO，Si和GaAs，被证实起源于SP模式的转换从共振到非共振模式，并进一步同相或反相非对称模式。此外，随着脉冲数的增加，激光诱导结构的普遍缩小是来自于等离子体相互作用的物理机制从光学机制到静电机制的转换，这可能会引起准静态SP，其相互作用尺度远远超过衍射极限，并导致超快，非热烧蚀的非凡的静电增强。等离子体激元机制揭示了超快激光诱导纳米结构的深亚波长空间尺度和超短时间尺度之间的联系：基本上，“纳米尺度”倾向于消除电磁延迟效应并对入射场产生瞬时响应，并引起静电相互作用和巨大的局域场增强，从而在巨大的静电力驱动下促进超快烧蚀。因此，同时提供“纳米级”和“超快”的活性等离子体结构易于在超快烧蚀中形成。此外，等离子体激元机制可以作为一种强大的“进化力”，在多脉冲烧蚀中发挥作用，促进共振纳米结构的生长--各种典型的等离子体激元结构可以通过多脉冲演化自生成，这可以被认为是一种自然等离子体激元。
2012-05-28 cond-mat.mes-hall physics.optics physics.plasm-ph
Spaser as Nanoscale Quantum Generator and Ultrafast Amplifier
纳米等离子体激元学近年来得到了迅猛的发展，在基础理论和应用领域都取得了许多新的成果。spaser作为相干局域场的一种有源元件已经被预言和实验观测到。如果spaser能够作为超快纳米放大器--MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的光学对应物--发挥作用，将会取得更大的进展。一个棘手的问题是，spaser具有固有的反馈，导致纳米定位表面等离子体的量子产生和饱和，从而消除净增益，使其不适合放大。我们已经克服了这个固有的问题，并表明，spaser可以在两种模式下执行超快纳米放大器的功能：瞬态和瞬态。基于量子密度矩阵（光学布洛赫）方程，我们证明了该激光器的放大增益大于50，开关时间小于或为100 fs（可能为10 fs）。这种有前景的spaser技术将进一步拓宽纳米科学的基础和应用领域，特别是使超快微处理器能够以10至100 THz的时钟速度工作。其他有前景的应用是超声波、超密度和超快信息存储以及生物医学。与半导体相比，Spasers基于金属，对电离辐射、高温、微波辐射和其他不利环境具有高抵抗力。
2009-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast reflectivity modulation in AlGaAs/InAlGaAs multiple quantum well photonic crystal waveguides
报道了利用反射几何泵浦探测技术对AlGaAs/InAlGaAs多量子阱光子晶体波导反射率的超快光调谐。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hot Electron Dynamics in Ultrafast Multilayer Epsilon-Near-Zero Metamaterial
在不牺牲速度的情况下实现光学特性的显著可调谐性是获得全光学超快器件的关键。在这项工作中，我们研究了超快的时间行为的光学可调ε近零（ENZ）的超材料，在可见光谱范围内工作。为了实现这一目标，我们利用飞秒泵浦探测光谱技术获得了超快电子的动力学过程，并基于双温模型（2 TM）对超快电子的动力学过程进行了研究。我们发现，与飞秒脉冲泵浦改变的超材料的有效介电常数超过400%。这种显著的调制在ENZ区域更明显，我们通过2 TM证实了这一点。实现的有效介电常数的超快调制，以及3.3 ps的超短弛豫时间，为超快光子应用开辟了新的途径。
2020-03-10 physics.optics
Ultrafast modulation of near-field heat transfer with tunable metamaterials
我们提出了一种依赖于外部可调超材料的主动近场热传递调制机制。观察到一个大的调制效应，可以解释的表面模式，这是显着变化的可控磁电耦合在超材料的存在下，耦合。最后讨论了如何制作实用的皮秒级热调制器。该调制器允许以超快和非接触（通过光学手段）的方式操纵纳米级热通量。
2012-12-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast All-optical Modulation Exploiting the Vibrational Dynamic of Metallic Meta-atoms
对基本分子振动的光学控制建立了利用广泛的光学线性和非线性现象的基本能力。然而，相干驱动的分子振动的实验演示仍然是一个具有挑战性的任务，由于弱的光学力施加在天然材料。在这里，我们报告的“元原子”的设计，表现出巨大的人工光学非线性。这些“元原子”支持在光学频率下的共定域磁共振和在GHz频率下的振动共振，具有深亚衍射极限空间限制（$λ^2/100$）。这两种不同共振的相干耦合表现出强的光学力，这与通常研究的辐射力、梯度力或光热诱导变形的形式根本不同。它导致巨大的三阶极化率$χ^{(3)}$为$10^{-13}$ $m^2$ / $V^2$，比天然材料中发现的大六个数量级以上。因此，在1GHz以上的频率的全光调制已被实验证明。
2015-08-31 physics.optics
Modulation of sub-optical cycle photocurrents in an ultrafast near-infrared scanning tunnelling microscope
本文提出一种新型调制方案，在近红外单周期脉冲照射的STM结中抑制热负载和激光功率调制伪影，选择性隔离CEP相关光电流，实现亚光周期相干隧穿电流的干净检测。
2025-07-22 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast tuning of the focusing efficiency of a nonlinear atomically thin lens
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学物理学院范德瓦尔斯-塞曼研究所）；Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学阿贝光子学中心）
该研究提出基于单层过渡金属二硫化物的菲涅耳波带片透镜（FZPL），实现了近30%的全光超快聚焦效率调制，解决了光聚焦器件小型化与有源控制的难题。
2026-08-26 physics.optics
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
Second harmonic nano-particles for femtosecond coherent control on the nanoscale
我们提供了一个完整的工具包在纳米尺度上的一致性控制实验。通过利用单个（150 nm）非线性纳米粒子的二次谐波发射，我们表明，超快飞秒激光脉冲可以被压缩和控制的时间与前所未有的空间精度。该方法在不同尺寸，形状和材料的各种纳米颗粒上进行了测试，包括介电BaTiO 3，Fe（IO3）3和金属（Au），从而证明了其鲁棒性和通用性。
2013-05-16 physics.optics
Polarization Modulation in Quantum-Dot Spin-VCSELs for Ultrafast Data Transmission
本文研究量子点自旋VCSEL的偏振调制特性，发现其调制效率比量子阱器件提升近两倍，并支持高达250Gbps数据传输及双态发射，为超快光通信和复用提供新方案。
2022-12-19 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast Nano-Imaging and Optical Control of Hyperbolic Phonon Polaritons at hBN/WS$_2$ Heterojunctions
Institute for Molecular Science, National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所分子科学研究所）；Department of Physics and Electronics, Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University（大阪公立大学工学研究科物理电子学专业）；The Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI（日本高级研究院）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（国立材料研究所物质结构纳米构造研究中心）；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（国立材料研究所电子光学材料研究中心）；Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所）
研究通过超快红外扫描近场光学显微镜直接观测WS₂/hBN异质结构中由局部光载流子生成引起的超声极化子瞬态调制，实现了纳米级和飞秒级空间时间分辨率及精细光谱选择性，揭示了WS₂中的光载流子对hBN中超声极化子场振幅和波长的调控，并通过理论模拟验证了这些变化源于WS₂介电性质的光诱导变化。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast polarization-modulation transient spectroscopy to study electronic excited state dynamics in solutions and cells
发展了一种新的偏振调制瞬态方法，用于研究飞秒激光脉冲激发下多原子和生物相关分子电子激发态的快速各向异性弛豫。该方法是基于泵浦光偏振调制与光弹性调制器和检测的各向异性贡献的瞬态信号的高灵敏度的解调平衡计划。在360 nm泵浦和720 nm探测的辅酶NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）水溶液上测试了该方法。在亚皮秒时域内观察到了各向异性的振动弛豫和转动扩散。该方法显着提高了瞬态测量的准确性，并允许在低能量（nJ）泵脉冲的高质量信号的记录。
2020-05-08 physics.chem-ph physics.optics
Nanoscale Graphene Electro-Optic Modulators
对石墨烯的研究揭示了其独特的光学性质，包括与光的强耦合，高速操作和门可变光学电导率，这些都有望满足未来电光（EO）调制器的需求。特别是，最近的工作展示了一种基于石墨烯带间吸收的宽带电光调制器，其总长度仅为40μm。然而，与片上电子元件的尺寸相比，它仍然是笨重的。片上光学互连需要纳米尺度的EO调制。实现纳米石墨烯电光调制的关键是基于新型波导和平台大大增强光与石墨烯的相互作用。在此，我们提出了我们最近的探索石墨烯电光调制器的基础上，石墨烯夹在介电或等离子体波导。在适当的栅电压下，石墨烯的介电常数可以通过带内电子跃迁的作用被调节到很小，从而形成“石墨烯-缝隙波导”，极大地增强了吸收模式。基于小信号分析，在800 nm长的硅波导或120 nm长的等离子体波导内可以实现高达3dB的调制深度。它们具有纳米尺寸、小插入损耗、低功耗和潜在的高速性能等优点，并且与CMOS兼容。
2011-12-30 physics.optics
Ultrafast-nonlinear ultraviolet pulse modulation in an AlInGaN polariton waveguide operating up to room temperature
超快非线性光子学在先进的片上光谱学和信息处理中实现了大量应用。这些依赖于强强度依赖性（非线性）折射率，其能够在亚皮秒时间尺度和适合于集成光子学的长度尺度上调制光脉冲。目前，还没有平台可以为UV光谱范围提供这种功能，其中由非线性调制产生的宽带光谱可以为新的片上超快（生物）化学光谱设备铺平道路。我们证明了巨大的非线性紫外光混合轻物质状态（激子极化激元），室温下的AlInGaN波导。我们在一个紧凑的100 $μ$ m长的器件中实验测量了紫外脉冲的超快非线性光谱展宽，并推导出非线性是普通紫外非线性材料的1000倍，与非紫外极化激元器件相当。我们的演示有望为新一代集成紫外非线性光源提供先进的光谱和测量技术。
2021-06-22 cond-mat.other physics.optics
Ultrafast dynamics of surface plasmon nanolasers with quantum coherence and external plasmonic feedback
Spasers已被理论预测和实验观察，并有望提供新的令人兴奋的纳米光子和生物医学应用。本文从理论上研究了具有外等离子体反馈的超快激光的动力学性质。我们认为spaser作为一个纳米级的源和等离子体激元，可用于设计新的纳米成像和传感技术的检测器。我们表明，与传统的激光器，spasers是敏感的外部反馈。然而，与激光器不同，spasers具有更快的弛豫动力学，可用于开发新的超灵敏近场成像技术。我们研究了Spaser弛豫振荡对反馈参数的依赖性，并表明量子相干性可以用来增加反馈的灵敏度。
2014-10-10 physics.optics
Capacitively-Induced Free-Carrier Effects in Nanoscale Silicon Waveguides for Electro-Optic Modulation
我们在绝缘体上硅（SOI）晶片上制作硅波导，覆盖有二氧化硅，氮化硅或氧化铝，并通过测量环形谐振器的电光行为，我们表征了这些波导中的每一个的包层依赖性和电容诱导的自由载流子效应。通过比较我们的测量数据与模拟结果，我们确认，所观察到的电压依赖性的透射光谱是由于在半导体波导内的空穴和电子的浓度的变化，我们第一次显示如何强烈地依赖于这些影响的包层材料与硅波导接触。另外，发现波导损耗对所施加的电压具有特别高的灵敏度，并且因此可以在需要低损耗或高损耗传播的广泛应用中找到用途。总的来说，这些现象可能会被纳入更复杂的波导设计在未来创造高效率的电光调制器。
2015-08-22 physics.optics
Tuning of Near- and Far-Field Properties of All-dielectric Dimer Nanoantennas via Ultrafast Electron-Hole Plasma Photoexcitation
通过低损耗纳米器件实现全光超快信号调制和路由是实现高性能超紧凑光学芯片的关键一步。在这里，我们提出了一个专门设计的硅二聚体纳米天线，这是可调的通过光激发的致密电子空穴等离子体与超快弛豫速率。基于这一概念，我们证明了光束转向的效果高达20度，通过简单的入射强度的变化，适合于超快光路由的光学芯片。在可见光和近红外光谱区域的硅和锗基纳米天线的效果都得到了证明。我们还揭示了电子-空穴等离子体光激发对二聚体带隙中的局域态密度（LDOS）的影响，发现取向平均LDOS可以改变50%，而投影LDOS的修改可以更显着：横向偶极取向几乎为500%。此外，我们的分析模型揭示了所研究的非线性纳米天线的瞬态动力学，产生所提出的超快纳米器件的所有时间特性。所提出的概念为创建用于光信号调制和路由的低损耗、超快和紧凑器件铺平了道路。
2016-06-16 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
Atomic layer graphene as saturable absorber for ultrafast pulsed lasers
单层石墨烯的光学电导仅由精细结构常数定义。已预测吸光度与频率无关。原则上，由于泡利阻塞，零能隙石墨烯中的带间光吸收在强激发下容易饱和。在这里，我们演示了使用原子层石墨烯作为可饱和吸收体在锁模光纤激光器中产生的超短孤子脉冲（756 fs）在电信波段。通过改变石墨烯的厚度，可以在66.5%至6.2%的宽范围内调节调制深度。我们的研究结果表明，石墨烯薄膜是潜在的有用的光学元件在光纤激光器。石墨烯作为激光锁模剂具有许多优点，例如较低的饱和强度、超快的恢复时间、可调调制深度和宽带可调谐性。
2009-10-30 physics.optics
Transient optical symmetry breaking for ultrafast broadband dichroism in plasmonic metasurfaces
超快纳米光子学是一个新兴的研究领域，旨在开发能够以前所未有的速度进行光调制的纳米器件。一种很有前途的方法是利用纳米结构材料（金属或电介质）的光学非线性，通过与强超短激光脉冲的相互作用来调制它们的有效介电常数。虽然这种纳米结构的光激发后的超快时间动力学已被深入研究，亚ps瞬态空间不均匀性发生在纳米尺度迄今几乎被忽略。在这里，我们从理论上预测和实验证明，光生热载流子的不均匀时空分布诱导在由高度对称的亚原子制成的等离子体超表面中的瞬态对称性破缺。该过程是完全可逆的，并且导致宽带瞬态二向色性光学响应，在小于1皮秒的时间内恢复初始各向同性状态，克服了由较慢的弛豫过程（例如电子-声子和声子-声子散射）引起的速度瓶颈。我们的研究结果铺平了道路的超快二向色性器件的发展，能够Tera位/秒的光偏振调制。
2020-07-31 physics.optics
All-optical Reconfiguration of Ultrafast Dichroism in Gold Metasurfaces
光学超颖表面作为一个有前途的纳米级光操纵平台，包括通过飞秒激光脉冲激发的超快全光控制，已经成为人们关注的焦点。最近，二向色超颖表面已经被利用来以前所未有的速度调制光的偏振状态。在这里，我们从理论上预测和实验证明泵浦探测光谱的能力，通过简单地作用于泵浦脉冲的偏振，这是重塑的光扰动的时空分布，以重新配置的超快二向色信号的金超颖表面。光致各向异性响应，驱动的平衡载流子和熄灭在亚皮秒的时间窗口，很容易控制的强度，通过调整激发的偏振方向到一个完整的符号反转。这项工作证明了非线性超颖表面提供了在完全全光学可重构平台中定制其超快光学响应的灵活性。
2022-01-10 physics.optics
Resonance order-dependent plasmon-induced transparency in orthogonally-arranged nanoscale cavities
在这项研究中，我们调查等离子体激元诱导透明（PIT）的谐振器结构组成的两个正交排列的金属-绝缘体-金属（MIM）纳米腔的光谱调制的谐振器的特定谐振阶的目的。我们的FDTD模拟表明，当这种结构中的两个腔在相同的频率下谐振时，PIT效应可以用来诱导光谱调制。这种光谱调制取决于直接耦合到外部场的腔的谐振阶数，当呈现一阶谐振时发生，但不具有二阶谐振。我们证实，这种行为是由奇数阶和偶数阶共振之间的差异，使用经典的力学模型类似的纳米腔。通过调谐腔的谐振频率和谐振阶数，可以以阶数选择的方式调制谐振器结构的频谱。
2021-10-25 physics.optics
Ultrafast tunable modulation of light polarization at terahertz frequencies
控制光的偏振是现代光学技术中最基本的环节之一。由于空间光调制器的光脉冲整形及其在控制量子反应途径中的潜力的展示，它为许多应用铺平了道路，如光电离过程的相干控制或太赫兹（THz）脉冲的偏振整形。在这里，我们证明了有效的非共振和非共线$χ^{(2)}$型光物质相互作用的飞秒偏振敏感的时间分辨光学测量。可见光与超短THz脉冲的这种非线性光学相互作用导致了LiNbO $_3$晶体中可见光偏振的THz调制。基于波传播方程的理论模拟捕捉了这种非线性效应背后的物理过程。除了观察到的可见光脉冲的可调谐偏振调制，在太赫兹材料的深度分布，这种物理现象可以设想。
2018-12-04 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast Bessel beams; advanced tools for laser materials processing
超快Bessel光束展示了以高精度和特殊纵横比构造透明材料的显著能力。在纳米尺度上定位能量的能力（绕过100 nm的里程碑）使其成为表面和本体上先进激光纳米级加工的理想工具。这允许产生微米和纳米尺寸的特征并将其组合成显示新功能的混合结构。它们的高纵横比和精确位置同样可以驱动大尺寸的有效材料改性和加工策略。我们在这里审查的主要概念，产生和使用贝塞尔非衍射光束及其显着的功能，讨论其相互作用的一般特性与物质的烧蚀和材料改性制度，并主张使用它们来获得混合微纳米结构在二维和三维执行复杂的功能。指示高通量应用。示例列表的范围从表面纳米结构和激光切割到超快激光焊接和嵌入体积中的三维光子系统的制造。
2018-08-24 physics.app-ph physics.optics
Space-time analogy and its application to design schemes borrowed from Fourier optics for processing ultrafast optical signals
利用二元相位光栅的Talbot阵列照明器的思想，可以实现具有可变占空比的方波脉冲的产生。连续激光场通过分数Talbot长度$P/Q$的群延迟色散电路传播的二进制时间相位调制导致定义良好的方波形式脉冲序列。当为$P=1$时，脉冲$D$的占空比对于$Q=4$为$1/2$，对于$Q=3$为$1/3$，6.脉冲的最大强度分别是$D=1/2$和$1/3$的CW强度的两倍和三倍。这些脉冲可用于光纤通信中的归零激光场调制。对于$D=1/3$，发现脉冲之间的额外特征源自二进制相位调制中相位的有限上升和下降时间。作为一个好处的时空类比的类似效果预测二元相位光栅，并解释为闪烁产生的矩形相位光栅的组件的不完美的边缘。
2022-07-26 physics.optics
Electron modulation and ultrafast near-field imaging with vectorial laser fields
Universität Konstanz（康斯坦茨大学）
本研究通过矢量激光场调控电子束，实现了超快电子显微镜和量子光学中的直接相干线性调制，无需纳米结构材料或倾斜交互几何，展示了在金属金属晶体中三维纳米光子近场的激发与探测，并为超快电子显微镜和超材料断层成像提供了新方法。
2026-05-21 physics.optics quant-ph
Competing Auger-Like and Intraband Excitations Drive Anomalous Modulations in Indium Tin Oxide
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Exeter（埃克塞特大学）
研究通过分析氧化铟锡的带内和带间竞争，揭示了其超快折射率调制机制，发现高驱动能量下非单调振荡行为，为超快光子器件和光学开关的折射率工程提供了直接指导。
2026-08-27 physics.optics
Advances in ultrafast plasmonics
该综述探讨了超快等离激元学的现状与前景，涵盖了利用等离激元在纳米尺度上监测和控制超快光学与电子过程的方法、多功能应用及相对论领域的新进展。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermo-modulational interband susceptibility and ultrafast temporal dynamics in nonlinear gold-based plasmonic devices
从第一性原理出发，我们从理论上模拟了金基等离子体激元器件的非线性时间动力学，这些器件是由其金属组分的加热引起的。在光学频率下，金的磁化率由第一布里渊区中X，L点周围的带间跃迁决定，热调制效应由导带中电子能量分布的费米拖尾引起。作为传导电子的光致加热的结果，光学极化率变得非线性。在本文中，我们描述，为我们所知的第一次，金的热调制非线性对金纳米线上引导的表面等离子体激元的传播的影响。我们引入了一个新的非线性类薛定谔方程来描述脉冲在这种纳米线中的传播，我们预测了延迟热响应引起的强烈光谱红移的出现。
2012-08-06 physics.optics physics.plasm-ph
Ultrafast Transverse Modulation of Free Electrons by Interaction with Shaped Optical Fields
电子束的时空整形是电子显微镜领域的一个大胆前沿，它使空间分辨率增强、选择性探测、低剂量成像和更快的数据采集成为可能。在过去的十年中，成形方法从被动相位板发展到低速静电和静磁显示器。最近，随着超快电子显微镜的出现，更高的成形速度和灵活性已经变得可行，体现了依赖于使用光来控制自由电子的范式的迅速变化。在这里，我们的实验表明，任意的横向调制的电子束是可能的，而不需要设计和制造复杂的电子光学元件或材料的纳米结构，而是诉诸于成形从平面薄膜反射的光束。我们证明了任意横向调制的电子波包通过非弹性相互作用与一个形状的超快光场控制的外部空间光调制器（SLM）。我们说明了这种方法通过产生厄米-高斯（HG）电子束HG 10和HG 01对称性，并讨论其可能的用途，在提高显微特征的成像对比度。相对于目前的方案，我们的方法采用外部SLM显着扩大了可以印在电子波函数上的图案的范围，并使电子成形更容易执行的任务。
2022-06-05 physics.optics quant-ph
Dual-tip-enhanced ultrafast CARS nanoscopy
相干反斯托克斯拉曼散射（CARS），特别是飞秒自适应光谱技术（FAST CARS）已成功地用于分子光谱和显微成像。超快纳米光学的最新进展为光学近场的产生和控制提供了灵活性，并有望将CARS技术扩展到纳米尺度。在这项理论研究中，我们展示了超短激光脉冲激发的等离子体纳米结构附近的分子相干拉曼光谱的超快亚波长控制。模拟的纳米结构设计提供了本地化的激发源CARS通过聚焦入射激光脉冲到亚波长热点通过两个自相似的纳米透镜天线连接的波导。热点选择性的双尖端增强CARS（2TECARS）的DNA核碱基的纳米光谱，通过模拟优化的泵，斯托克斯和探针近场使用提示，激光偏振和脉冲整形。该技术可用于探索具有纳米分辨率的真实空间中的超快能量和电子转移动力学，并开发DNA测序的新方法。
2013-11-20 physics.optics
Ultrafast Broadband Strong-Field Tunnelling in Asymmetric Nanogaps for Time-Resolved Nanoscopy
本研究提出利用易制备的光敏不对称纳米间隙二极管结合任意飞秒激光器，通过强场发射产生纳米级隧穿电子飞秒脉冲，实现了多波段激光表征与钙钛矿量子点超快纳米显微，为片上超快电子测量与集成传感器件提供新路径。
2024-05-21 physics.chem-ph physics.optics
Ultrafast Optical Modulation by Virtual Interband Transitions
本文提出基于虚拟带间跃迁激发的光学调制方法，解决了光时间边界形成中折射率调制需同时满足强且快的难题，该方法无耗散且具有超快特性，并可用现有光学技术实现。
2023-10-24 physics.optics quant-ph
Surface plasmon-mediated nanoscale localization of laser-driven sub-THz spin dynamics in magnetic dielectrics
利用飞秒激光脉冲实现自旋的超快全光控制是光子学和磁学交叉点的研究热点之一，直接影响着未来的磁纪录。揭示光辅助记录机制，以增加位密度超过衍射极限，而不过度加热的记录介质是一个开放的挑战。在这里，我们表明，在混合金属-电介质结构中的表面等离子体激元极化激元可以提供反法拉第效应的空间限制，介导的激发本地相干自旋旋进0.41太赫兹频率。我们证明了两个数量级的增强的激发效率在表面等离子体共振内的100 nm层的介电石榴石。我们的发现拓宽了超快自旋等离子体的视野，并打开了通往纳米尺度非热光磁纪录的途径。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrafast, green third-harmonic generation and strong-field phenomena in silicon-on-insulator nanoplasmonic waveguides
强场纳米等离子体激元学的出现将极端的激光场-物质相互作用带入纳米科学领域，揭示了令人兴奋的新物理学。高度非线性的相互作用，使紧密限制的电场在纳米等离子体结构，允许使用的光场从低功率激光振荡器。在这里，我们报告了在绝缘体上硅平台上的超紧凑纳米等离子体波导中以前所未有的~10^{-5}的转换效率产生可见517 nm三次谐波的第一个演示。宽带白光产生的指数增长证实了有质动力驱动电子雪崩倍增的新强场现象。使用时间分辨的实验，我们表明，强大的纳米等离子体激元场约束允许非线性相互作用发生在1.98 +/- 0.40 ps的超快时间尺度上，尽管硅中的自由载流子寿命长。这些发现揭示了一种新的强场相互作用，可用于敏感的纳米等离子体调制器和混合等离子体-电子换能器。
2013-08-29 physics.optics
Ultrafast Coherent Bandgap Modulation Probed by Parametric Nonlinear Optics
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；The Australian National University（澳大利亚国立大学）；University of Regensburg（雷根斯堡大学）
通过参量非线性光学研究原子薄直接带隙半导体中超快相干带隙调制与非侵入式光谱学的共存，揭示弱场下光-物质相互作用对晶体带结构的影响。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modulation of Cathodoluminescence Emission by Interference with External Light
样品中由自由电子触发的自发过程通常被认为是不相干的，因此不能干扰外部光源。在这里，我们挑战这个概念，通过第一原理理论，光和自由电子脉冲可以干扰时，与纳米结构相互作用，引起调制的阴极射线发光的光发射的光谱分布，强烈依赖于电子波函数。具体地，对于时间聚焦的电子，阴极发光可以在用相对于电子密度分布锁相的光谱调制调光激光器照射时被消除。我们说明了这个想法与现实的模拟在目前可用的超快电子显微镜可达到的条件下。我们进一步认为，光和自由电子产生的激发之间的干涉打开了一个新的窗口，通过结合光谱和时间的选择性的光与原子分辨率的电子束操纵超快材料的响应。
2021-03-30 physics.optics
Nonlinear anisotropic dielectric metasurfaces for ultrafast nanophotonics
我们报告了各向异性纳米块非晶硅颗粒的宽带瞬态光学响应，表现出米氏型共振。一个定量模型的开发，以确定和解开的三个物理过程，管理的超快变化的nanobrick的光学性能，即双光子吸收，自由载流子弛豫，晶格加热。我们揭示了一组操作窗口，其中超快的全光调制的传输实现与完全归零在20 ps。这是可能的，由于竞争的非线性过程之间的相互作用，尽管缓慢（纳秒）的内部晶格动力学。所观察到的超快开关行为可以独立地设计为两个或正交偏振使用纳米块的大各向异性，从而允许超快各向异性控制。我们的研究结果明确确定了全介电共振纳米光子学作为超快光学器件平台的潜力，并揭示了超快偏振复用显示器和偏振旋转器的可能性。
2017-06-02 physics.optics
Momentum microscopy of ultrafast electron emission from a strongly driven optical nanoantenna
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学）；ELI ALPS, The Extreme Light Infrastructure ERIC（ELI ALPS，极端光基础设施ERIC）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼兹光子技术研究所）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；HUN-REN Wigner Research Center for Physics（匈牙利科学院Wigner物理研究中心）
本研究结合光发射电子显微镜与动量显微镜，对双孔纳米天线进行强场实验，揭示了抖动与亚周期两类电子轨迹的不同发射特征，展示了纳米尺度强场控制电子的潜力。
2026-09-15 physics.optics
Ultrafast modulation of guided-mode resonance in a nonlinear silicon nitride grating
本文利用厚度小于300 nm的氮化硅介质光栅中的导模共振，将光学克尔效应增强超过三个数量级，实现共振幅度超50%的调制及透射开关切换，并展示动态脉冲整形能力，为自由空间全光器件发展提供新方向。
2024-09-02 physics.app-ph physics.optics
Behavioral similarity of dissipative solitons in an ultrafast fiber laser
耗散孤子是一种非色散的局域波，具有有趣的动力学性质。在光学系统中，新的孤子动力学的发现以及如何精确地操纵耗散孤子在超快光纤激光器社区中仍然是未探索和具有挑战性的。在此，我们揭示了一种新型的耗散孤子行为的净正常色散双向超快光纤激光器。也就是说，通过共同的增益和损耗调制，即使存在瞬态不稳定性，双向耗散孤子也总是表现出相似的频谱和时间特性。行为的相似性，使我们能够准确地设计孤子模式，通过引入种子脉冲通过损耗调制。作为一个概念验证的应用程序，多孤子模式的精确和灵活的操纵被证明。这些发现将为复杂的耗散孤子动力学提供新的见解，也有利于设计具有理想孤子模式的超快激光器以满足实际应用。
2019-07-25 nlin.PS physics.optics
