基于微纳共振复合材料的非线性偏振调控效应及其应用研究

Dynamic controls of optical polarization have wide applications in areas of flat panel displays, optical communications, and sensing, et al. Current high-speed polarization modulators mainly rely on high frequency electronic or magnetic modulating signal; however, all-optical polarization modulators are still absent. Until now, people failed to control optical polarization in the nano scale as a result of too weak nonlinearity in traditional materials. In this project, based on our previous works of giant nonlinear optical activity effect in artificial plasmonic metamaterials, we aim to design and fabricate a new type of nano-composites. And by achieving the coupling among the nonlinear dielectrics, structural resonance, and polarization effect, we aim for demonstrating giant nonlinear polarization modulations under weak light and in nanoscales. This project will give basis for developing next generation all-optical polarization modulators. And, using optical nonlinearity has potential to process information with hyper speed (with bandwidth up to THz), which could raise the performance of relative devices into a new level.

光波偏振态的动态调控在诸如显示、通讯、传感等广泛的领域具有重要应用。目前较快的偏振调控均采用高频电、磁信号调制的方法，而真正意义上的全光偏振调制器还处于空白阶段。长久以来，由于传统材料中非线性效应弱，人们无法基于此实现集成化、高性能的全光偏振调控。本项目中，我们将结合课题组前期在有关超构材料巨非线性旋光效应的研究基础，进一步设计与加工一种新型人工微纳共振复合材料，通过实现其中非线性光学效应、微纳结构电磁场共振以及偏振效应三者的耦合共振新效应，实现在弱光条件、微纳尺度下的大幅度非线性偏振调控。本项目的研究成果可为未来全光高集成度偏振调制器件的研发与制造提供基础，填补相关空白。同时由于非线性光调制具有超高速响应潜力（可达THz调制带宽），这也将使相关偏振调制器件的性能提升至新的高度。

光波偏振态的动态调控在诸如显示、通讯、传感等广泛的领域具有重要应用。目前较快的偏振调控均采用高频电、磁信号调制的方法，而真正意义上的全光偏振调制器还处于空白阶段。长久以来，由于传统材料中非线性效应弱，人们无法基于此实现集成化、高性能的全光偏振调控。本项目中，我们结合课题组前期在有关超构材料巨非线性旋光效应的研究基础，进一步设计，并成功加工了一种新型超构材料/非线性材料的复合共振微纳结构，利用数值模拟及光谱测量技术对其中微纳结构电磁场共振以及偏振效应的耦合共振效应进行了深入研究，自行搭建复合系统非线性旋光测量系统，对于微纳结构的线性及非线性旋光性质进行测量分析，实现了在弱光条件、微纳尺度下的大幅度非线性偏振调控，并基于此发明了新型的微纳尺度光寻址空间光调制技术。另外，我们还从手性分子Born-Kuhn理论模型出发，并引入原胞间相互作用，成功预测并证实了手性超构表面中旋光相变效应的存在。利用SSH拓扑界面态同手性超构表面的耦合作用，实现二维平面手性超构表面圆二向色性特性的增强调控。本项目的研究成果可为未来全光高集成度偏振调制器件的研发与制造提供基础，填补相关空白。同时由于非线性光调制具有超高速响应潜力（可达THz调制带宽），这也将使相关偏振调制器件的性能提升至新的高度。