All-Optische Kontrolle von Licht in Mikro- und Nanophotonik

Die Verfolgung von Hochgeschwindigkeits- und chipbasiertem Signalverarbeitung hat umfangreiche Untersuchungen zur all-optischen Kontrolle von Licht in mikro- und nanophotonischen Plattformen gefördert. All-optisches Schalten und Modulation sind wesentliche Operationen für optische Kommunikationssysteme und Datennetze und wurden durch die Ausnutzung verschiedener linearer und nichtlinearer optischer Prozesse umgesetzt. In diesem Zusammenhang ist die optische Kontrolle des Brechungsindexes von Materialien die primäre Technik, die die Modulation der Lichteigenschaften auf schnelle und reversible Weise ermöglicht. Ein nachhaltiger Fortschritt im Bereich der all-optischen Kontrolle erfordert in erster Linie ein tiefes Verständnis der optischen Phänomene, die die Manipulation des Brechungsindexes steuern. Da die meisten dieser optischen Prozesse jedoch von Natur aus schwach sind, ist es oft notwendig, resonierende photonische Strukturen verschiedener Art zu nutzen, um den Weg für die praktische Implementierung aller-optischen Modulatoren für reale Anwendungen zu ebnen. In dieser Perspektive präsentieren wir zunächst eine kurze Beschreibung der wichtigsten lichtinduzierten transienten Phänomene in Dielektrika, Metallen und Epsilon-nahe-Null-Materialien und diskutieren dann die Einbeziehung dieser Effekte in resonante Hohlräume, um die all-optische Kontrolle von Lichteigenschaften in mikro- und nanoskaligen Geräten zu erleichtern. Durch die Untersuchung modernster Material- und Geräteplattformen erläutern wir bestehende Herausforderungen, mögliche Lösungen und zukünftige Richtungen für ultrafast-all-optische Modulation.