在納米光子系統(tǒng)中，極化激元是一種由入射光與材料表界面相互作用形成的特殊電磁模式，能夠?qū)崿F(xiàn)納米尺度上光信息的傳輸和處理。極化激元材料是構(gòu)建光電互聯(lián)芯片的重要材料基礎(chǔ)。然而，由于光學(xué)材料本身的損耗限制，極化激元光子器件在應(yīng)用推廣方面存在一定困難。

為了解決這一挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員戴慶與香港大學(xué)教授張霜團(tuán)隊合作，提出了一種實(shí)用的解決方案，借助多頻率組合的復(fù)頻波激發(fā)來實(shí)現(xiàn)虛擬增益，補(bǔ)償了光子器件的本征損耗。該合成復(fù)頻波技術(shù)是一項精巧且普適的技術(shù)，此前研究團(tuán)隊已經(jīng)分別實(shí)現(xiàn)了極化激元平板超透鏡成像質(zhì)量提升和極化激元光學(xué)傳感靈敏度的提高。近日，團(tuán)隊恢復(fù)了氮化硼和氧化鉬聲子極化激元波導(dǎo)器件的無損傳輸和光學(xué)干涉性能。因此，合成復(fù)頻波技術(shù)可以靈活地應(yīng)用于不同的光子系統(tǒng)，為提升多頻段光子器件的性能開辟了新的發(fā)展道路。

戴慶團(tuán)隊長期研究原子制造技術(shù)下的高壓縮極化激元以應(yīng)用于極化激元傳感芯片和光電融合光子芯片等。未來有望利用合成復(fù)頻波技術(shù)突破光子芯片跨尺度異質(zhì)集成發(fā)展中面臨的光損耗制約，推進(jìn)光子芯片在光電互聯(lián)、光子傳感和光子計算等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

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實(shí)頻率激勵下極化激元衰減傳輸與合成復(fù)頻率激勵下恢復(fù)極化激元無損傳輸示意圖

相關(guān)研究成果以Compensating losses in polariton propagation with synthesized complex frequency excitation為題在線發(fā)表在《自然·材料》（Nature Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41563-023-01787-8