Hot‐Electron Driven Ultrafast Optical Polarization Conversion with Graphene‐Loaded Metasurface

飞秒 极化(电化学) 材料科学 皮秒 光学 光电子学 双折射 光学整流 超短脉冲 石墨烯 激光器 线极化 物理 非线性光学 纳米技术 化学 物理化学
作者
Leijun Xu,Jiale He,Weiwei Tang,Chengsen Yang,Li Han,Libo Zhang,He Zhu,Shijie Liu,Changlong Liu,Min Qiu,Guanhai Li,Xiaohong Chen
出处
期刊:Laser & Photonics Reviews [Wiley]
卷期号:18 (3) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/lpor.202300643
摘要

Abstract The switching speed of light polarization plays a crucial role in determining the upper‐limit bandwidth of applications like optical communications and laser microscopy. However, conventional polarization elements based on macroscopic anisotropic crystals like birefringent crystals and chalcogenide glasses are either static or restricted by the low switching time of about hundreds of picoseconds. Here, a femtosecond‐scale all‐optical polarization controlling method is proposed through engineering the excited hot electrons in a graphene‐loaded metasurface. Remarkably, a giant polarization orientation from left‐handed polarization (LCP) to right‐handed polarization (RCP) in the Poincaré sphere (≈80° rotation) is realized within only 200 fs in the mid‐infrared. With pumping, the dedicated polarization‐sensitive design allows the metasurface to exhibit a consistent resonance blueshift as the transient increase of the hot‐electron temperature in graphene for y ‐polarized incidence. This polarization conversion approach features a giant modulation range and enables the reflected light to be dynamically and arbitrarily modulated into RCP, LCP, and linear states at femtosecond timescale. A few logic operations “AND”, “OR”, “NAND”, and “XOR” based on this method are also demonstrated by monitoring the normalized Stokes parameters. It is believed that this work may find practical application in next‐generation signal‐processing systems with large capacity.
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