超快速二维有机复合材料光子晶体全光二极管研究

有机共轭非线性材料具有较大的三阶非线性光学系数和飞秒量级的超快速非线性时间响应。通过在有机共轭非线性材料中掺杂高非线性的激光染料或者金属纳米颗粒而构造的有机复合材料具有优异的非线性光学性能。二维有机复合材料光子晶体的结构设计简单、加工制备方便。研究实现高Q值有机复合材料光子晶体微腔的方法；研究有机复合材料光子晶体微腔的光子局域特性；研究有机复合材料光子晶体微腔在飞秒强激光作用下的超快速可调谐特性,以实现具有较高的正反向透过率对比和超快速时间响应的全光二极管的功能。这些研究成果在以集成光子器件为基础的全光计算和光通讯等领域将具有重要的应用前景。

实现了超宽带低功率有机光子晶体全光二极管，工作阈值光强仅为10 kW/cm2，正反向透过率对比达到1000，工作带宽高达53 nm；实现了低功率全光超快可调谐纳米复合材料光子晶体Fano共振，在850 kW/cm2 的弱泵浦光作用下，Fano共振中心波长连续可调范围为60 nm，响应时间121 ps；实现了基于非线性特异材料的全光超快可调谐表面等离激元诱导透明，在0.1 MW/cm2 的弱泵浦光作用下，透明窗口中心波长连续可调范围为86 nm，响应时间51 ps；实现了基于一维啁啾光子晶体的宽带全光路由器，工作带宽达到200 nm；实现了基于表面等离激元的XNOR、XOR、NOT、OR四种全光逻辑门，器件特征尺度5 μm，“0”和“1”的强度对比达到24 dB；实现了单向表面等离激元发射器，消光比高达30 dB；实现了基于光子带隙工程的全光逻辑鉴别器和编码器，工作带宽达到250 nm；这些结果对于超高速信息处理芯片的研究将具有重要意义。