戴庆研究员:合成复频波技术补偿极化激元光子器件的损耗

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在纳米光子系统中，极化激元是一种由入射光与材料表界面相互作用形成的特殊电磁模式，能够实现纳米尺度上光信息的传输和处理。极化激元材料是构建光电互联芯片的重要材料基础。然而，由于光学材料本身的损耗限制，极化激元光子器件在应用推广方面存在一定困难。
       为了解决这一挑战，国家纳米科学中心的戴庆研究员与香港大学的张霜教授团队合作，提出了一种实用的解决方案—借助多频率组合的复频波激发来实现虚拟增益，补偿了光子器件的本征损耗。该合成复频波技术是一项精巧且普适的技术，此前研究团队已经分别实现了极化激元平板超透镜成像质量提升（Science, 2023, 381, 766）和极化激元光学传感灵敏度的提高（eLight, 2024，4, 1）。近期，团队成功地恢复了氮化硼和氧化钼声子极化激元波导器件的无损传输和光学干涉性能。因此，合成复频波技术可以灵活地应用于不同的光子系统，为提升多频段光子器件的性能开辟了一条新的发展道路。

       戴庆课题组长期深入研究原子制造技术下的高压缩极化激元(Nat. Mater., 2021, 20, 43) 以应用于极化激元传感芯片(Nat. Commun., 2019,10,1131）和光电融合光子芯片（Science, 2023, 379, 558；Nat. Nanotechnol., 2022, 17, 940）等。未来有望利用合成复频波技术突破光子芯片跨尺度异质集成发展中面临的光损耗制约，将推进光子芯片在光电互联、光子传感和光子计算等领域中的应用。
       1月8日，相关研究成果以Compensating losses in polariton propagation with synthesized complex frequency excitation为题，在线发表在Nature Materials 期刊。戴庆研究员和张霜教授为该文章的共同通讯作者，香港大学博士后管福鑫、国家纳米科学中心特别研究助理郭相东和博士研究生张姝为共同一作。上述研究工作获得了国家自然科学基金等项目的支持。
       相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-023-01787-8
        文章来源：国家纳米科学中心
       戴庆，国家纳米科学中心研究员，博士生导师 。2003-2007年在英国帝国理工大学电子工程系获得学士、硕士学位，2011年在英国剑桥大学工程系获得博士学位，之后在英国剑桥大学光电子研究中心从事低维纳米材料的光电特性及器件的博士后研究工作。2012年当选剑桥大学Wolfson学院Junior Research Fellow，同年5月加入国家纳米科学中心。2014年获得中科院卢嘉锡青年人才奖。目前主要从事纳米尺度光电调控与器件研究，电控光-基于石墨烯等离激元的新型纳米光子器件的构筑与性能调制，光控电-光辅助碳纳米管场发射的物理机制与高性能X光源设计等方面的研究工作。已在Nature Communications，Advanced Materials，Small，Nanoscale，Nanotechnology和Applied Physics Letters等国际学术期刊上发表论文40余篇，申请发明专利20余项。          李培宁，华中科技大学光电信息学院/武汉光电国家研究中心教授、博士生导师。博士毕业于德国亚琛工业大学，西班牙CIC Nanogune研究中心“欧盟玛丽居里学者”博士后。近年来高水平论文包括：Science 1篇、 Nature 3篇、 Nature Materials 1篇、Nature Photonics 1篇、Nature Communications 4篇、Light: Science & Applications 1篇、Advanced Materials 1篇、Nano Letters 4篇、ACS Nano 1篇。研究成果被Science、Nature、Nature Materials、ACS Nano、IEEE Spectrum、Laser Focus World等亮点评论推荐，研究成果入选“2018年中国光学十大进展”（基础研究类）。得到多项荣誉和奖励的肯定，如“2014年度国家优秀自费留学生奖学金”、“2015年度欧盟玛丽居里学者奖”等。主持和参与多项重要科研项目，目前作为负责人承担国家面上自然科学基金和装发部研究项目，曾主持欧盟“玛丽居里学者”研究课题，并作为主要研究人员参与“欧盟地平线Horizon 2020：石墨烯研究旗舰计划”、“德国科研振兴计划”等多项重要课题。