通过等离子体对称破缺实现时变低折射率薄膜的全光偏振控制
光学
2025-10-09 v1
摘要
以亚皮秒速度和亚波长精度控制光的偏振状态，是下一代纳米光子器件的关键挑战。传统方法如双折射晶体、液晶或电光普克尔斯盒在速度、紧凑性和能效方面受到限制。虽然结构化材料和二维异质结构有望实现片上超快性能，但实现全光控制仍是一个开放问题。这里我们提出了一种全光方案，利用飞秒泵浦低折射率、亚波长各向同性薄膜，在单一材料平台上实现超快控制双折射、二色性和光学活性。当材料在交叉波长附近被探测时，线偏振泵浦诱导的瞬态相位延迟高达每微米 0.1{\pi}，伴随约二十倍的双色吸收比。在圆偏振激发下，探测光经历非互易光学活性，导致每微米约 1.1 度的偏振旋转。通用的流体动力学模型定量再现了这些效应，并将其归因于光激发载流子等离子体中泵浦诱导的对称破缺。这种对称破缺通过修正的时变阻尼项实现了正交探测偏振分量之间的耦合，这与圆偏振泵浦诱导的逆法拉第效应相关联。我们的实验与理论联合研究建立了一种可重构的、深亚波长偏振控制机制，在亚皮秒时间尺度上运行，适用于紧凑型超快调制器、动态超表面和可调谐非互易光子器件，对量子光学、超快逻辑和时域分辨传感具有启示意义。
引用
@article{arxiv.2510.06985,
title = {All-optical polarization control in time-varying low-index films via plasma symmetry breaking},
author = {Wallace Jaffray and Sven Stengel and Alexandra Boltasseva and Vladimir M. Shalaev and Maria Antonietta Vincenti and Domenico De Ceglia and Michael Scalora and Carlo Rizza and Marcello Ferrera},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.06985},
year = {2025}
}