上海光机所在VO₂薄膜非线性光学研究方面取得进展

近日，中科院上海光机所空天激光技术与系统部王俊研究员团队，在VO₂金属相薄膜近红外非线性光学响应研究方面取得进展。相关研究成果以“Optical dispersion of a metallic VO₂ film in the near-IR range”为题发表于Optics Letters。

VO₂材料因其可逆的绝缘体–金属相变（IMT）特性，在光学限幅、全光调制与集成光子器件中备受关注。然而，既往研究多聚焦于其热光效应，未剖析金属相下的非线性光学行为。

为此，研究团队通过系统的温控Z-scan实验，结合Adomian分解法，建立了VO₂薄膜在300 K绝缘态与350 K金属态的非线性吸收饱和模型，实现了对饱和行为的精确拟合。并且，进一步揭示了VO₂薄膜相变前后非线性折射率色散的演化机制：随着温度升高，色散响应由束缚电子主导转向自由载流子主导，且在相变前后实现可重复的非线性折射率符号反转。本研究揭示了VO₂从绝缘态到金属态的非线性光学本征响应，量化了束缚电子与自由载流子对色散演化的贡献。成果为构建面向近红外波段的VO₂全光调制器与限幅器件提供了理论依据与实验基础。

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图1. VO₂薄膜在（a, b）300 K和（c, d）350 K下的z扫描测试结果。其中，左列为开孔（OA）测试数据，右列为闭孔（CA）测试数据。不同温度下，（e）非线性吸收系数β和（f）非线性折射率n₂的功率依赖性。

相关工作得到了国家自然科学基金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1364/OL.561020