近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室揭示了Epsilon-Near-Zero（ENZ）材料在超快激光作用下束縛電子和自由電子的競(jìng)爭(zhēng)行為，提出了同步調(diào)控ENZ材料飽和吸收（SA）與反飽和吸收（RSA）的原理及方法，拓寬了其在ENZ波段的非線性光學(xué)響應(yīng)調(diào)控能力。相關(guān)研究成果發(fā)表在Photonics Research上。

　　ENZ材料是指在特定波長(zhǎng)區(qū)間，材料的介電常數(shù)實(shí)部趨近于零。理論上，有限的介電常數(shù)變化可獲得大的折射率改變。因此，相比于其他非線性材料，ENZ材料具有更大的非線性光學(xué)響應(yīng)，其是非線性光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　該研究中，研究人員探究了典型ENZ材料（氧化銦錫）在飛秒激光作用下的非線性吸收響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在ENZ波長(zhǎng)（1440 nm）泵浦下僅表現(xiàn)為SA效應(yīng)，但在非ENZ波長(zhǎng)（1030 nm）泵浦下，隨著泵浦光強(qiáng)增加由SA轉(zhuǎn)變?yōu)镽SA效應(yīng)。研究解析了非ENZ波段SA和RSA轉(zhuǎn)變的原理：認(rèn)為SA效應(yīng)源于導(dǎo)帶自由電子的漂白過程，RSA效應(yīng)源于價(jià)帶束縛電子的多光子吸收。此外，研究人員還提出了薄膜退火技術(shù)抑制自由電子濃度實(shí)現(xiàn)電子漂白和多光子吸收競(jìng)爭(zhēng)行為的調(diào)控。該方法實(shí)現(xiàn)了ENZ波長(zhǎng)處120%的飽和吸收到95%的反飽和吸收的調(diào)控。

　　該研究從ENZ材料的基本性質(zhì)出發(fā)，解析其非線性吸收機(jī)理，獲得了同步調(diào)控超快激光SA和RSA的方法，有望發(fā)展在超快光場(chǎng)自適應(yīng)調(diào)控、光開關(guān)及光限幅方面的新應(yīng)用。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。

　　論文鏈接 

圖1.不同波長(zhǎng)輻照下ITO薄膜的開孔Z-scan曲線。（a）、（b）1030 nm波長(zhǎng)；（c）1440 nm波長(zhǎng)

圖2.退火前后的ITO薄膜在不同波長(zhǎng)輻照下的強(qiáng)度依賴歸一化透過率。（a）1030 nm；（b）1440 nm