近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室揭示了Epsilon-Near-Zero(ENZ)材料在超快激光作用下束縛電子和自由電子的競(jìng)爭(zhēng)行為，提出了同步調(diào)控ENZ材料飽和吸收（SA）與反飽和吸收(RSA)的原理及方法，極大拓寬了其在ENZ波段的非線性光學(xué)響應(yīng)調(diào)控能力。相關(guān)成果發(fā)表在Photonics Research。

ENZ材料是指在特定波長(zhǎng)區(qū)間，材料的介電常數(shù)實(shí)部趨近于零圖片。理論上有限的介電常數(shù)變化就可以獲得極大的折射率改變，因此相比于其他非線性材料，ENZ材料具有更大非線性光學(xué)響應(yīng)，是非線性光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

課題組研究了典型ENZ材料（氧化銦錫）在飛秒激光作用下的非線性吸收響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在ENZ波長(zhǎng)（1440nm）泵浦下僅表現(xiàn)為SA效應(yīng)，然而在非ENZ波長(zhǎng)（1030nm）泵浦下，隨著泵浦光強(qiáng)增加由SA轉(zhuǎn)變?yōu)镽SA效應(yīng)。研究解析了非ENZ波段SA和RSA轉(zhuǎn)變的原理：認(rèn)為SA效應(yīng)源于導(dǎo)帶自由電子的漂白過程，RSA效應(yīng)源于價(jià)帶束縛電子的多光子吸收。同時(shí)，研究人員提出了薄膜退火技術(shù)抑制自由電子濃度實(shí)現(xiàn)電子漂白和多光子吸收競(jìng)爭(zhēng)行為的調(diào)控。該方法實(shí)現(xiàn)了ENZ波長(zhǎng)處120%的飽和吸收到95%的反飽和吸收的調(diào)控。

該研究從ENZ材料的基本性質(zhì)出發(fā)，解析其非線性吸收機(jī)理，獲得了同步調(diào)控超快激光SA和RSA的方法，有望發(fā)展在超快光場(chǎng)自適應(yīng)調(diào)控、光開關(guān)以及光限幅方面的新應(yīng)用。

該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。

圖1 不同波長(zhǎng)輻照下ITO薄膜的開孔Z-scan曲線.（a）、（b）1030 nm波長(zhǎng)；（c）1440 nm波長(zhǎng)。

圖2 退火前后的ITO薄膜在不同波長(zhǎng)輻照下的強(qiáng)度依賴歸一化透過率。（a）1030 nm；（b）1440 nm。