【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部趙元安團隊與華南師范大學(xué)姚建可團隊合作，在幾何誘導(dǎo)量子干涉效應(yīng)調(diào)控氧化鎘(CdO)納米光柵薄膜的中紅外非線性光學(xué)性能方面取得重要進展。相關(guān)成果以"Mid-Infrared Nonlinear Optical Modulation of CdO Nanogratings Enabled by Geometric Quantum Interference Enhancement"為題發(fā)表于Optics Express。
 

　　氧化鎘(CdO)等epsilon-近零(ENZ)材料在中紅外波段具有顯著的非線性光學(xué)響應(yīng)，是國際前沿光子器件的研究熱點。然而，該類材料普遍存在可調(diào)性不足、非線性響應(yīng)強度有限的瓶頸。為突破這些限制，研究團隊設(shè)計并制備了一種基于CdO的納米光柵結(jié)構(gòu)(CdO-NG)。在該結(jié)構(gòu)中，幾何誘導(dǎo)的量子干涉效應(yīng)(GQIE)能夠有效調(diào)控材料的費米能級(EF)和載流子濃度，進而實現(xiàn)對中紅外非線性光學(xué)特性的主動控制。
 

　　實驗表明，隨著光柵刻蝕深度從10 nm增加至30 nm，CdO納米光柵薄膜的載流子濃度從8.18×10²? cm?³顯著提升至43.76×10²? cm?³，費米能級從2.074 eV上移至3.831 eV，實現(xiàn)了對大范圍電子能帶結(jié)構(gòu)的幾何可控調(diào)制。在2 μm波長(ENZ區(qū)域)下，非線性吸收系數(shù)β隨刻蝕深度和入射角增加而顯著增大，并表現(xiàn)出明確的偏振各向異性。其中，在60° TM偏振光激發(fā)下，CdO-NG30樣品的非線性吸收系數(shù)β達到-8.63 cm/MW，較未結(jié)構(gòu)化CdO薄膜(-5.74 cm/MW)提升了約1.5倍。3 μm波長(非ENZ區(qū)域)測試進一步證實，該各向異性源于光柵結(jié)構(gòu)的本征幾何特性。此外，載流子動力學(xué)測量顯示，該結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的超快特性，瞬態(tài)響應(yīng)時間低于220 fs，調(diào)制帶寬超過1.6 THz。
 

　　該工作首次將幾何誘導(dǎo)量子干涉效應(yīng)引入ENZ材料的非線性調(diào)控中，實現(xiàn)了對費米能級和載流子濃度的大范圍、結(jié)構(gòu)可控調(diào)制。CdO納米光柵薄膜不僅顯著增強了中紅外波段的非線性吸收，還展現(xiàn)了超快的時間響應(yīng)和寬帶調(diào)制能力，為下一代超快全光開關(guān)、高功率中紅外光子器件及可調(diào)諧非線性光學(xué)平臺提供了全新的設(shè)計思路。
 

　　相關(guān)研究工作得到了中國科學(xué)院特別交流計劃、中國科學(xué)院國際合作局對外合作重點項目及上海市“探索者”等項目的支持。
 

　　引用：上海光機所在CdO納米光柵薄膜幾何誘導(dǎo)量子干涉與超快非線性光學(xué)調(diào)控方面取得新進展 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所 【引用時間：2026年8月3日】