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光開關(guān)作為構(gòu)建高速光通信網(wǎng)絡(luò)與未來光子計算的核心器件，其性能提升始終是行業(yè)焦點。近日，一項發(fā)表于國際頂級期刊《Nature Photonics》關(guān)于光學雙穩(wěn)態(tài)材料的研究取得里程碑式進展，為新一代高性能光開關(guān)與光存儲器的開發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。廣西科毅光通信科技有限公司作為專業(yè)的光通信設(shè)備與解決方案提供商，持續(xù)關(guān)注此類前沿光開關(guān)技術(shù)發(fā)展，致力于將尖端科研成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用。

研究突破：納米級本征光學雙穩(wěn)態(tài)（IOB）實現(xiàn)

長期以來，開發(fā)適用于微型化光子器件的納米級本征光學雙穩(wěn)態(tài)材料面臨巨大挑戰(zhàn)。光學雙穩(wěn)態(tài)是指材料對單一光輸入能產(chǎn)生兩種穩(wěn)定光學輸出狀態(tài)（如“開”/“關(guān)”、高發(fā)光/低發(fā)光）的特性，其輸出取決于此前的激發(fā)歷史。這種特性是實現(xiàn)超快、低功耗光開關(guān)和光存儲器的理想選擇。

Intrinsic optical bistability of photon avalanching nanocrystals.

光子雪崩納米晶體的本征光學雙穩(wěn)性

圖1: KPb2Cl5:Nd3+ 雪崩納米粒子avalanching nanoparticles，ANPs中的本征光學雙穩(wěn)態(tài)intrinsic optical bistability，IOB。

圖2: KPb2Cl5:Nd3+雪崩納米粒子ANPs的雙穩(wěn)態(tài)發(fā)光。

圖3: KPb2Cl5:Nd3+雪崩納米粒子ANPs中的本征光學雙穩(wěn)態(tài)IOB模型。

2025年1月，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究團隊在KPb?Cl?基質(zhì)中摻雜Nd3?（釹離子）的雪崩納米粒子中，成功觀測并證明了清晰穩(wěn)定的本征光學雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。該材料能在高發(fā)光態(tài)與低發(fā)光態(tài)之間實現(xiàn)高對比度切換，并展現(xiàn)出典型的雙穩(wěn)態(tài)滯后特性。這一發(fā)現(xiàn)標志著在納米尺度上實現(xiàn)實用化IOB材料取得了關(guān)鍵性突破。

核心機制：低溫光子雪崩與強非線性

研究揭示了這種光學雙穩(wěn)態(tài)源于一種獨特的低溫非熱機制。其核心是Nd3?離子中被抑制的非輻射弛豫過程與光子雪崩效應(yīng)之間形成的強大正反饋循環(huán)。光子雪崩是一種高效的上轉(zhuǎn)換過程，在此機制下被顯著增強，最終導(dǎo)致了極其顯著的>200階光學非線性響應(yīng)。這種極強的非線性是驅(qū)動雙穩(wěn)態(tài)行為的關(guān)鍵物理基礎(chǔ)。

面向器件的可控性能：可調(diào)滯后與光開關(guān)演示

該研究的另一重要價值在于展示了對此光學雙穩(wěn)態(tài)特性的有效調(diào)控：

1. 滯后寬度可調(diào)： 通過調(diào)制激光脈沖參數(shù)，研究人員成功調(diào)節(jié)了雙穩(wěn)態(tài)回線（滯后環(huán)）的寬度，這意味著器件操作閾值和穩(wěn)定性可以根據(jù)需要進行設(shè)計。

圖4: 發(fā)光滯后的時間調(diào)制。

圖5: 基于不穩(wěn)定渡越crossing，雪崩納米粒子ANPs的光開關(guān)。

1. 晶體管式光開關(guān)功能： 創(chuàng)新性地利用雙激光束進行激發(fā)，成功實現(xiàn)了類似晶體管功能的光開關(guān)操作。其中一束光起到“門控”信號的作用，用另一束光來控制發(fā)光狀態(tài)的開關(guān)，完美詮釋了“利用光來操縱光”的概念。相關(guān)原理展示見圖5。

應(yīng)用前景與行業(yè)意義

    這項關(guān)于光子雪崩納米晶體本征光學雙穩(wěn)性的研究，不僅深化了對基礎(chǔ)物理過程的理解，更重要的是為開發(fā)新一代納米光子器件，特別是超快、低功耗、高集成度的光開關(guān)和光存儲器，提供了極具潛力的材料平臺和設(shè)計原理。其低溫工作、高對比度、強非線性及光控光的特點，使其在全光網(wǎng)絡(luò)、光子芯片、量子信息處理、高分辨率生物成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

廣西科毅光通信科技有限公司認為，此類基礎(chǔ)材料的突破性進展，是推動光通信和光子技術(shù)向前發(fā)展的核心驅(qū)動力。我們密切關(guān)注包括光學雙穩(wěn)態(tài)材料在內(nèi)的前沿光開關(guān)技術(shù)動態(tài)，并積極評估其在下一代光開關(guān)模塊與系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力?？埔愎馔ㄐ胖铝τ趯⒆钕冗M的科學技術(shù)融入產(chǎn)品開發(fā)，為客戶提供高性能、高可靠性的光通信解決方案。

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廣西科毅光通信科技有限公司是一家專注于光通信設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)與銷售的高科技企業(yè)。公司核心產(chǎn)品涵蓋各類光開關(guān)、光衰減器、波分復(fù)用器等無源器件及子系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于光纖通信、數(shù)據(jù)中心、測試測量等領(lǐng)域。我們堅持以技術(shù)創(chuàng)新為引領(lǐng)，以客戶需求為導(dǎo)向，致力于成為全球領(lǐng)先的光通信器件供應(yīng)商。

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