基于相干聲子誘導(dǎo)的超快光學(xué)雙折射調(diào)制

近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心盛志高研究團隊等采用超快時間分辨泵浦探測技術(shù)，在SrTiO3晶體中實現(xiàn)了由超快相干聲子誘導(dǎo)的GHz頻率的雙折射調(diào)制，其工作頻率遠(yuǎn)超現(xiàn)今商業(yè)光彈調(diào)制器的截止頻率。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）上，并申請了發(fā)明專利。

具有雙折射效應(yīng)的特定材料能塑造光?；陔p折射調(diào)制技術(shù)工作的光彈調(diào)制器是現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的核心元件之一。目前的光彈調(diào)制器多借助壓電材料提供的機械應(yīng)力，來驅(qū)動光彈晶體實現(xiàn)雙折射調(diào)制，其工作頻率受限于光彈/壓電晶體的諧振頻率，一般為kHz量級。隨著高頻信號處理和高頻光通信的需求不斷涌現(xiàn)，亟需研發(fā)具有GHz工作頻率的雙折射材料與調(diào)制技術(shù)。

針對這一現(xiàn)狀，盛志高課題組與合作者經(jīng)過大量材料篩選與技術(shù)探索，借助強磁場磁光實驗室中的超快泵浦-探測系統(tǒng)，在鈣鈦礦SrTiO3晶體中發(fā)現(xiàn)了由超快相干聲子誘導(dǎo)的GHz光學(xué)雙折射效應(yīng)，并實現(xiàn)了對其進(jìn)行光學(xué)操控。研究團隊在換能器/SrTiO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，使用超快激光脈沖產(chǎn)生了具有低阻尼的相干聲學(xué)聲子。

經(jīng)過系列材料篩選，研究發(fā)現(xiàn)LaRhO3半導(dǎo)體薄膜作為換能器層能獲得相對較高的光子-聲子能量轉(zhuǎn)換效率。進(jìn)一步，研究在優(yōu)化的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，超快相干聲學(xué)聲子可以在應(yīng)力敏感的SrTiO3晶體中誘導(dǎo)出具有GHz頻率的光學(xué)雙折射。同時，研究團隊通過雙泵浦技術(shù)實現(xiàn)了對相干聲子及其誘導(dǎo)的GHz雙折射的光學(xué)操縱。這揭示了超快光學(xué)雙折射調(diào)制的一種機制，并為GHz高頻聲光器件的應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

左圖：激光誘導(dǎo)的聲學(xué)聲子激發(fā)SrTiO3晶體GHz雙折射原理示意圖；右圖：不同晶體取向的SrTiO3晶體GHz雙折射調(diào)制。

審核編輯：劉清