具有阿秒分辨率光场的片上采样

       具有亚周期分辨率的任意电场的时域采样使对系统电磁响应的互补时频分析成为可能。这种时频分析提供的是吸收光谱不单独提供的动态信息。因此，亚周期、时域采样已被证明对电子系统的理解和设计至关重要，并彻底改变了太赫兹光谱区域的光谱学。商用太赫兹时域光谱系统现在很容易获得，并经常用于工业应用，如化学和材料分析。太赫兹系统中的亚周期场采样也帮助了许多基本的科学研究，包括对量子阱中电子波包动力学的追踪、对半导体系统中动态布洛赫振荡的研究、对量子真空涨落的观察和表征以及其他非线性现象。

       在可见光到近红外(NIR)光谱区域的亚周期光场采样如果很容易得到，同样也将为科学和工业提供巨大的利益。例如，阿秒条纹光谱学已被用于研究光场控制的相干电子动力学在控制化学反应路径中的作用，以及研究固态系统中的petahertz级电流。近也有研究表明，与传统的频域光谱方法相比，生物系统自由诱导衰变的亚周期场采样可以提供一个数量级的检测下限，并提高分子灵敏度。尽管有了这些引人注目的结果，但将这些技术扩展到近红外和可见光谱区域仍然具有挑战性。虽然操纵阿秒电子波包发射、电光采样和阿秒在可见光到近红外光谱区域的条纹已被证明是在时域直接光场采样的可行途径，但这些技术很少可实现，需要大的驱动脉冲能量。目前，在可见光到近红外光谱的实际应用中，还没有一种紧凑的、可积分的亚周期光场采样技术，具有足够的带宽和场灵敏度。

       近日，来自美国麻省理工学院的Mina R. Bionta等人演示了一种芯片上的光电器件，能够在任意、低能量的环境条件下采样、近红外波形。文章中提出的探测器使用共振纳米天线的场驱动光发射来产生阿秒电子爆发，以探测弱光波形的电场。除了采样弱光学波形之外，他们的测量结果还直接揭示了原位发射纳米天线的局域等离子体动力学。相关工作发表在《Nature photonics》上。（郑江坡）

       文章链接：https://doi.org/10.1038/s41566-021-00792-0