ナノフォトニクス:超高速光スイッチの開発(Nanophotonics: an ultrafast light switch)

2025-08-06 ミュンヘン大学(LMU)

ミュンヘン大学(LMU)とモナシュ大学の研究チームは、ナノフォトニクス分野で超高速光スイッチ技術を開発した。シリコン製ナノロッド2本からなる非対称メタサーフェス構造を用い、特定波長で光を透過させる“不可視”状態(共鳴オフ)を形成。200フェムト秒のレーザーパルスで一方のロッドの光学特性を瞬時に変化させ、共鳴を出現(オン)させることに成功した。これによりピコ秒単位での迅速かつ可逆的な共鳴制御が可能となり、共鳴の生成・消去や鋭化・拡張を実証。品質係数(Q値)は最大150%以上向上した。この成果は、光コンピューティング、量子通信、フォトニック回路などでの超高速・低損失光制御技術の発展に寄与する可能性が高い。

<関連情報>

時間的対称性が破れたメタサーフェスにおける共鳴の光学的制御 Optical control of resonances in temporally symmetry-broken metasurfaces

Andreas Aigner,Thomas Possmayer,Thomas Weber,Alexander A. Antonov,Leonardo de S. Menezes,Stefan A. Maier & Andreas Tittl
Nature  Published:06 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09363-7

ナノフォトニクス:超高速光スイッチの開発(Nanophotonics: an ultrafast light switch)

Abstract

Tunability in active metasurfaces has mainly relied on shifting the resonance wavelength1,2 or increasing material losses3,4 to spectrally detune or quench resonant modes, respectively. However, both methods face fundamental limitations, such as a limited Q factor and near-field enhancement control and the inability to achieve resonance on–off switching by completely coupling and decoupling the mode from the far field. Here we demonstrate temporal symmetry breaking in metasurfaces through ultrafast optical pumping, providing an experimental realization of radiative-loss-driven resonance tuning, allowing resonance creation, annihilation, broadening and sharpening. To enable this temporal control, we introduce restored symmetry-protected bound states in the continuum. Even though their unit cells are geometrically asymmetric, coupling to the radiation continuum remains fully suppressed, which, in this work, is achieved by two equally strong antisymmetric dipoles. By using selective Mie-resonant pumping in parts of these unit cells, we can modify their dipole balance to create or annihilate resonances as well as tune the linewidth, amplitude and near-field enhancement, leading to potential applications in optical and quantum communications, time crystals and photonic circuits.

0403電子応用
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