狄拉克等离子体诱导三阶非线性增强机理及其在全关开关中的应用研究

基本信息
批准号:11874269
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:项元江
学科分类:
依托单位:湖南大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:戴小玉,陈宇,陈书青,刘硕,陆璐,黄浩,张峰,蒋星,王希
关键词:
二维材料表面等离激元超表面新型人工微结构材料超材料
结项摘要

All-optical switch is the most important component for all-optical communication, all-optical network and all-optical computer. But due to the constraints of the structure or the material itself, the conventional all-optical switching device faces enormous challenges when it meets the needs of future all-optical computing and all-optical network. It is the dream of many researchers to find a nonlinear material with ultra-high nonlinear refractive index, ultra-fast response time and easy to process, it is also the only way to successfully develop high-performance all-optical chip and all-optical switch. Dirac materials are very beneficial to realize the new all-optical switching device because they not only have a large nonlinear refractive index, but also can excite the surface plasmons. This project will understand deeply the process and mechanism of the generation, evolution, propagation and attenuation of Dirac plasmons from both theory and experiment, and reveal the excitation and mode coupling mechanism of Dirac plasmons. Moreover, by combining with the Dirac plasmons and its mode coupling mechanism, we want to search the new methods of harnessing and enhancing the nonlinear optical effect of Dirac materials on the basis of mastering the physical mechanism of nonlinear response in the Dirac material, and explore the feasibility of realizing the low power and ultrafast all optical switching devices. The research results not only help to deepen the understanding of the nonlinear optical properties of Dirac material system, but also help to expand the application ability of the Dirac materials for the future.

全光开关是实现全光通信、全光网络和全光计算机最重要的部件,但由于受到结构或材料本身的限制,传统全光开关器件在满足未来全光计算和全光网络的需求时面临极大的挑战。找寻一种具有超高非线性折射率、超快响应时间且易于加工的非线性材料是众多科研工作者的梦想,也是成功研制高性能全光芯片和全光开关的必由之路。狄拉克材料不仅具有超大的非线性折射率,还能激发表面等离激元,非常有利于实现新型全光开关器件。本项目将从理论和实验两个方面深刻认识狄拉克等离子体产生、演化、传输和衰减的过程和机制,揭示狄拉克等离子体的激发和模式耦合机理;在掌握狄拉克材料非线性响应物理机理基础上,结合狄拉克等离子体及其模式耦合机理,探索调控和增强狄拉克材料的非线性光学效应的新方法,并探索它们实现低功率和超快全光开关器件的可行性。研究结果不仅有助于加深对狄拉克材料体系非线性光学特性的认识,更有助于拓展未来狄拉克材料光电器件的应用能力。

项目摘要

课题对狄拉克材料及其他二维材料的非线性光学特性进行了深入实验研究,并探讨了其在未来全光器件中的可能应用。利用石墨烯SPPs的宽谐振和波导模式的窄谐振,在Otto结构中实现了Fano共振激发。基于狄拉克材料一维拓扑界面态的模式耦合及局域场增强效应研究,研究了基于一维拓扑界面态的石墨烯—光子晶体微腔的磁光效应、一维拓扑界面态与光学Tamm态的强耦合研究、基于石墨烯-一维拓扑光子晶体的全光吸收器研究。基于狄拉克材料SPs的强耦合及局域场增强效应,研究了表面声子极化与石墨烯表面强耦合的超灵敏太赫兹成像传感器、少层黑磷导模共振及其强耦合的超灵敏生物传感器。对二维硒化铟、硼烯和WSe2的非线性特性和空间自相位调制展开了研究。总结了二维材料空间自相位调制形成机制以及当前的研究瓶颈,并在实验和理论上做出一些论证。计算了基于中红外石墨烯等离子体的光学双稳态现象。提出了一种包含多层石墨烯和金属光栅的非线性超表面结构,实现了低阈值双稳态应用,这些结果不仅仅帮助我们更深入的理解由LSPs激发的石墨烯等离子体现象,还在非线性应用中具有重要价值。提出了一种新的光学方案,可以实现宽带非线性光学响应及其在几层InSe纳米片上的全光学应用。提出一种基于InSe/C3N4混合结构的单向传播光子二极管的形成方法。通过两束光束的交叉相位调制,还讨论了全光开关和全光信息转换,可用于未来的全光子光子电路,如光子二极管和光开关。总结了二维材料空间自相位调制形成机制,以及当前的研究瓶颈,并在实验和理论上做出一些论证。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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