解耦光学与热响应：热光非线性效应在介质亚表面元中实现 MHz 级传输调制

介质亚表面元的热光非线性效应（TONL）通过外部刺激（如激光照射或温度）实现对光学属性（如传输、反射和吸收）的动态控制。由于延长系统的慢热动力学预期会最终限制调制速度，研究主要聚焦于稳态效应。本研究在振荡硅（a-Si）亚表面元中探讨了光驱动 TONL，既在稳态条件下，也在最重要的动态条件下（50 kHz 调制）使用 488 nm 连续波泵浦激光。首先，我们表明在电偶极共振（800 nm）较长的波长处，稳态传输出现非单调变化。具体而言，在 815 nm 处，随着激光强度提高至 5 mW/{\mu}m2，传输首先下降 30%，然后上升 30%。接下来，我们表明 TONL 使热特征时间和光学特征时间相互独立，后者在所测试条件下可缩短至前者的 7 倍（即 ${\tau}$opt =0.5 ${\mu}$s vs ${\tau}$th =3.5 ${\mu}$s）。最令人惊讶的是，结合这两个效应即可实现光学调制速度为激光调制速度的两倍（100 kHz）。我们最终展示了如何实现以 85% 幅度进行全光学传输调制的 MHz 级速度。总体而言，这些结果表明光驱动 TONL 在介质亚表面元中产生大幅度且完全可逆的传输调制，速度可调且快速。因此，它们为在动态可重构系统中利用 TONL（从光学开关到波前操作）开辟了完全新的机遇。