中国科学院上海光机所宋立伟、田野研究团队在太赫兹驱动声子极化激元（PhP）产生及其相干调控机制研究中取得重要进展，发现PhP对光学二次谐波（SHG）信号的THz频率高速调制，成果发表于《Nature Communications》。具体内容如下：

研究背景

高速信号调制技术的重要性：高速信号调制技术是光通信、数据中心、量子计算等前沿领域的核心支撑。

传统调制技术的局限

硅基调制技术：基于自由载流子等离子色散（FCPD）效应或直流Kerr效应，通过施加电压调制光的相位或强度。受限于电子驱动频率、RC延迟、电极设计等因素，调制带宽难以突破百GHz量级。

铌酸锂基调制技术：基于线性电光效应（Pockels效应），通过外加电场改变晶体折射率，调控马赫-曾德尔（MZ）干涉仪两臂间的相位差，实现高速、高线性度的光信号调制。虽已实现数百GHz的信号调制，但受限于电极微波与光波速度失配等问题，达到THz频率的高速调制需要原理上的革新。

下一代光通信系统的目标：在器件尺寸集成化不断推进的背景下，实现无需电极、具备高带宽、低能耗且适配片上平台的光调制机制，成为下一代光通信系统的目标。探索具有非线性光学响应的材料及新型调控机制，对于突破当前电光调制瓶颈具有重要理论与应用价值。

团队的研究方向：基于对高速调制瓶颈的技术挑战与新型非线性调控机制的迫切需求，团队依托已构建的强场THz平台基础，针对调控机理及器件研发等目标展开攻关，系统开展了对宽禁带半导体ZnO中声子极化激元的产生机制及其调制原理的研究。

技术创新点

突破GHz限制的THz-PhP超快全光调制器新结构

PhP的特性：PhP是一类由红外活性光学声子与电磁波强耦合而形成的准粒子，具有方向性强、电场限域能力高等特性，广泛存在于极性晶体中，特别活跃于THz频段。

PhP的激发：研究团队基于自助搭建的超快THz泵浦-探测系统，通过调控THz场强、偏振、红外光波长等，成功激发出3~4 THz范围内的PhP。

调制机制：该PhP以THz频率调控ZnO晶体内极化反转，进而激发光波的SHG过程，且产生的光学SHG相位以THz频率变化。这一相位高速调制的光信号与晶体内本征SHG干涉，可实现光信号强度的THz频率调制。这种通过调控相位实现信号强度高速调制的机制，可类比于铌酸锂基光信号调制原理，而调制频率提高至THz。

调制效果：得益于ZnO晶体中PhP的低损耗、高反射特性，PhP在1 mm晶体内完成九次反射，对SHG信号实现了持续约90 ps，消光比约18 dB，频率3~4 THz的高速调制。

研究提出的机制与平台：该研究提出了基于THz-PhP驱动的光学SHG产生与调制过程，构建了一种全新的时频联合控制平台。PhP系统具备两大关键优势：其一，工作频率覆盖THz至中红外的宽广频段，满足高带宽应用需求；其二，其周期性传播结构天然适配相干控制，能够将THz振荡特征嵌入通信波段光学响应中，适用于构建频率转换器件。

研究的意义与应用前景：研究构建了“光声准粒子机制——光脉冲调制器”，对THz超高重频激光的研发具有重要意义，并有望作为THz频率调制器等核心部件应用于超高速光信息通讯领域。

研究的支持与作者信息：此项工作得到科技部重点研发计划、国家杰出青年科学基金以及基础研究特区计划等支持。中国科学院上海光学精密机械研究所方依霏副研究员、郝嘉静博士研究生为本文共同第一作者，宋立伟研究员、田野研究员与李儒新院士为共同通讯作者。