圖1 光學雙穩態實現方案

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所空天激光技術與系統部王俊研究員團隊，在單層WSe2光學雙穩態研究方面取得進展，相關成果以“Optical bistability via quantum interference from monolayer WSe2”為題發表于Journal of Nonlinear Optical Physics & Materials。

過渡金屬硫化物具有新穎的量子干涉效應，這些效應可以通過光場進行調控，為集成全光信號處理器提供了新方案。然而，由于過渡金屬硫化物中高能暗態激子的躍遷偶極矩和相應的能級位置較為復雜，其與激光相互作用的機制及相關的激光物理特性尚未得到充分研究。

圖2 不同入射波長下的光學雙穩態曲線

研究團隊首次使用密度矩陣理論研究了三能級階梯型WSe2系統的光學雙穩態特性。研究結果表明，在特定的失諧條件、弛豫率和合作參數下，可以在單層WSe2中實現光學雙穩態。當入射光波長從724 nm增加到736 nm時，系統的雙穩態閾值和遲滯回線寬度增加。當波長為722 nm時，遲滯回線寬度最小。同時，研究團隊計算了光學雙穩態閾值和響應時間，約為107 – 108 W/cm2和40 ns，相較于基于熱光效應的光學雙穩態，具有較快的響應時間，為開發高速低功耗的光學雙穩態器件及片上光開關提供了指導。

該工作得到了國家重點研發計劃等項目的支持。

審核編輯 黃宇