上海光機所提出同步調控ENZ材料飽和與反飽和吸收的原理及方法

　　近期，中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室揭示了Epsilon-Near-Zero（ENZ）材料在超快激光作用下束縛電子和自由電子的競爭行為，提出了同步調控ENZ材料飽和吸收（SA）與反飽和吸收（RSA）的原理及方法，拓寬了其在ENZ波段的非線性光學響應調控能力。相關研究成果發表在Photonics Research上。

　　ENZ材料是指在特定波長區間，材料的介電常數實部趨近于零。理論上，有限的介電常數變化可獲得大的折射率改變。因此，相比于其他非線性材料，ENZ材料具有更大的非線性光學響應，其是非線性光學領域的研究熱點。

　　該研究中，研究人員探究了典型ENZ材料（氧化銦錫）在飛秒激光作用下的非線性吸收響應，發現在ENZ波長（1440 nm）泵浦下僅表現為SA效應，但在非ENZ波長（1030 nm）泵浦下，隨著泵浦光強增加由SA轉變為RSA效應。研究解析了非ENZ波段SA和RSA轉變的原理：認為SA效應源于導帶自由電子的漂白過程，RSA效應源于價帶束縛電子的多光子吸收。此外，研究人員還提出了薄膜退火技術抑制自由電子濃度實現電子漂白和多光子吸收競爭行為的調控。該方法實現了ENZ波長處120%的飽和吸收到95%的反飽和吸收的調控。

　　該研究從ENZ材料的基本性質出發，解析其非線性吸收機理，獲得了同步調控超快激光SA和RSA的方法，有望發展在超快光場自適應調控、光開關及光限幅方面的新應用。研究工作得到國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的支持。

　　論文鏈接

圖1.不同波長輻照下ITO薄膜的開孔Z-scan曲線。（a）、（b）1030 nm波長；（c）1440 nm波長

圖2.退火前后的ITO薄膜在不同波長輻照下的強度依賴歸一化透過率。（a）1030 nm；（b）1440 nm