用于全光开关和脉冲激光器的超快等离子体

小金属NPs中的LSPR。(A)沿着z轴施加电场的示意图。(B)一个小Ag NP被场富集(彩色图)和整个Poynting矢量的场线所包围，Poynting矢量在346 nm处处于共振状态(右)，在600 nm处处于非共振状态(左)[44]。金属NPs的光激发和弛豫。(C至F)激光脉冲照射金属NP时发生的激发和随后的弛豫过程。在这里，灰色表示电子状态，红色表示激发态电子，蓝色表示缺电子(空穴)。(C) LSP的激活首先将光导向NP[94,97]。(D)通过朗道阻尼，e-h对重新发射光子，或者由于e-e相互作用发生电荷倍增，导致在1- 100-fs范围内τn的时间内衰减。(E) E - E在100 fs至1 ps的τel时间内发生散射。(F)在100 ps至10 ns的热传导过程中在环境中的散热[97]。(G) Sr2RuO4在倒数波向量空间中的对称点描绘，以监测发光电子的动量和能量[102]。(H) 0 ~ 100 eV能量范围内的电子路径和模拟场增强，天线长度为160 nm[103]。资料来源:《超快科学》(2023)。DOI: 10.34133/ultrafastscience.0048等离子体在推进纳米光子学方面发挥着至关重要的作用，因为等离子体结构表现出广泛的物理特性，这些特性得益于局部和强化的光-物质相互作用。这些特性被广泛应用于表面增强拉曼散射光谱、传感器和纳米激光器等领域。除了这些应用之外，等离子体激元的超快光学响应也是实现不同光谱波段光信号切换的关键特性，这对于先进的光学逻辑电路和电信系统至关重要。

近年来，光交换已成为全光计算和信号处理发展的重要组成部分，其中要求这些光交换器件具有更高的响应速度和调制深度以及广泛的光谱可调性。

等离子体纳米结构的制备和表征的最新进展激发了对其在光子学领域潜在应用的持续研究。刘教授和他的团队专注于等离子体在光子学中的作用，介绍了超快等离子体材料的最新进展，主要关注全光开关。

本文讨论了等离子体光-物质相互作用和等离子体动力学的基本现象，通过实验和理论方法阐述了超快过程，并全面说明了利用超快等离子体进行全光开关和脉冲激光产生的方法，重点是器件设计和性能。

在第一部分中，他们介绍了在不同的等离子体材料和结构中观察到的与超快等离子体响应相关的光物质相互作用，然后说明了用于研究等离子体中超快机制的理论和实验方法。

在接下来的章节中，他们讨论和总结了基于贵金属等离子体超表面、相变杂化材料、导电氧化物和波导分类的超快等离子体光开关系统，并进一步按可见光和近红外波段进行了划分。最后一节讨论了利用等离子体超快光开关产生超快脉冲激光器。超快等离子体已被广泛应用于越来越多的光子学应用。本文将作为研究人员探索等离子体子学新过程的参考文献。

研究结果发表在《超快科学》杂志上。