基于混合相变超材质的电信波段高通量光开关

日益增长的对更高效数据传输需求，使得纳米尺度的高通量全光开关成为现代通信系统的关键要求。超材质平台具有独特优势，包括紧凑设计、能源效率以及在亚波长尺度上无接触地精确操控光线的能力。然而，在电信波段实现高传输调制和低光损耗仍是一个挑战。本研究开发基于相变材料砷硫化物 (Sb$_2$S$_3$) 的单片和混合超材质，以解决这一限制。首先，我们展示了 Sb$_2$S$_3$ 能够实现最高可达约91%的调制，即使是磁偶极子——低 Q 共振。它消除了社区长期以来用于全光开关的对复杂精密制造超材质的要求。此外，通过最直接的混合方法，即沉积一层硅薄膜，我们将模拟调制深度提高到99%。实验上，针对混合和单片结构实现了超过80%的调制，同时保持高调制深度，混合设计所需的切换功率几乎降低了一倍。这一性能源于 Sb$_2$S$_3$ 显著的折射率可调性以及其在电信波段内固有的低光损耗 (k < 10$^{-4}$)，进一步通过硅集成获得提升。所示的超材质提供了一种有效且可扩展的方法，用于全光光调制，具有强大的集成到 CMOS 兼容光子电路和下一代通信系统的潜力。