Ultralow-threshold dual-wavelength optical bistability from a perovskite hyperbolic metasurface and its application in a photonic neural network

双稳态 光学双稳态 材料科学 极化(电化学) 光子学 波长 光学 光电子学 电介质 光子超材料 超材料 非线性光学 物理 激光器 化学 物理化学
作者
Zhitong Li,Si-Chao Shan,Shengrun Hu,Y. Gu,Xueqiang Ji,Junpeng Hou
出处
期刊:Optical Materials Express [Optica Publishing Group]
卷期号:14 (5): 1398-1398 被引量:2
标识
DOI:10.1364/ome.521325
摘要

In a hyperbolic metamaterial or metasurface (HMM or HMS), strong light-matter interaction occurs at the phase transition wavelength where the material behavior changes from metal to dielectric. As a result, the enhanced electric field can generate non-linear phenomena, such as optical bistability. In this work, we numerically investigate polarization-dependent dual-wavelength optical bistability from perovskite HMS consisting of alternating layers of MAPbBr 3 perovskite and Au. Benefiting from the anisotropic property, the bistable operation wavelength for TE and TM polarizations are different. In particular, for TE polarization, strong light matter interaction resulting from the increment of incident light power not only shifts the phase transition wavelength but also enhances the transmission. Consequently, the bistable on-off contrast ratio is unprecedentedly enlarged. For TM polarization, strong light-matter interaction gives rise to an ultra-low bistable threshold. The proposed optical bistable states can serve as an activation function for optical neurons in a photonic neural network, with similar prediction accuracy across a variety of learning tasks as the classic activation functions ReLU and Sigmoid. Our work suggests a novel avenue towards the insertion of perovskite HMS into optical computing networks.

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