佐治亚理工学院的研究人员已经展示了一种光学超材料，它在非线性状态下的手性特性在毫瓦功率范围内产生显著的谱移。
研究人员最近展示了他们的手性超材料的特性，他们在光谱上修改了两个吸收共振，通过增量暴露材料的功率强度超过其线性光学范围。用15毫瓦的激发功率变化，他们测量了材料透射共振的10纳米光谱位移和14度偏振旋转。
研究人员认为，这可能是迄今为止手性超材料中最强的非线性光学旋转，比目前这种类型结构的测量记录大10万倍左右。这项由美国国家科学基金会和空军研究实验室支持的研究于2月27日发表在该杂志上自然通信．
“纳米级手性结构提供了一种调制光信号的方法，而输入功率变化相对较小，”肖恩·罗德里格斯(Sean Rodrigues)说，他是一名博士候选人，领导了副教授实验室的这项研究文山蔡在格鲁吉亚科技的电气计算机工程学院．“在如此薄的材料中看到这种变化，使手性超材料成为光信号调制的一个有趣的新平台。”
这种通过操纵输入电源从超材料的Chiroptical响应的调节提供了新型类型的主动光学器件的可能性，例如全光开关和光调制。该技术可以将这些领域的应用程序作为数据处理，传感和通信等领域。
手性材料表现出不同的光学特性，这取决于它们相反的圆偏振。这些响应之间的差异，是由吸收材料的纳米尺度图案所产生的，可以用来制造大的手部共振。为了在全光开关等应用中发挥作用，这些共振需要通过外部调谐(如功率输入的变化)来诱导。
“当你增加功率时，你就会改变频谱，”Rodrigues说。“实际上，你改变了特定波长的透射率，这意味着你只是通过改变输入功率来改变穿过样品的光量。”对于光学工程师来说，这可能是开关的基础。
蔡的实验室展示的材料是由大约33纳米厚的银纳米图案层在玻璃基板上制成的。在精心设计的银层之间是一层45纳米的电介质材料。使用电子束光刻技术生成椭圆形图案，然后将整个结构封装在介质材料中以防止氧化。
“这是这些结构的工程，给我们提供了这些手性光学性质，”罗德里格斯解释说。“目标实际上是利用一个圆极化与另一个圆极化与我们所需要的宽带共振之间的差异差异。”
这种材料在近红外可见光谱中工作，波长大约在740到1000纳米之间。当光束以法向入射角进入材料时，进行了旋光性和圆二色性测量。
研究人员通过将材料的光功率从0.5毫瓦提高到15毫瓦，诱导了圆二色性的变化。虽然这对激光系统来说是相对较低的功率，但它有足够高的能量通量(能量在时间上的转移)来引发变化。
“光束的大小大约是40微米，所以它是真正聚焦的，”Rodrigues说。“我们在一个很小的区域投入了大量的精力，这导致了相当强烈的影响。”
研究人员还不知道是什么导致了这种变化，但怀疑热过程可能与改变材料的特性有关，以提高圆二色性。测试表明，功率应用不会损坏超材料。
CAI的实验室一直在研究各种光学应用的手性材料。2015年6月，他们报告了实现关于非线性光学超材料的长期理论预测之一:创造一种在光的基频和谐波频率上具有相反折射率的非线性材料。这种天然不存在的物质，已经被预测了近十年。
除了那些已经提到的外，该研究还包括寿峰兰，雷康，永浩崔，帕特里克帕斯基，胜祥王和奥古斯丁·乌尔巴斯。URBAS与Wright-Patterson空军基地的空军研究实验室相关联;王与武汉纺织大学在中国有关。其他人与格鲁吉亚技术有关。
这项工作部分地部分地参加了国家纳米技术协调基础设施的乔治亚州电子和纳米技术研究所，由国家科学基金会支持（授予ECCS-1542174）。该材料基于国家科学基金会在授予No.ECCS-1609567下部分支持的工作，以及通过UE和方位角分包S-977-022-001和238-5404-GIT的空军研究实验室的协作支持．国家科学基金会（NSF）研究生研究奖学金在议定号DGE-1650044下也得到了支持。在本材料中表达的任何意见，调查结果和结论或建议是作者的任何意见，也不一定反映赞助组织的意见。
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