2026年7月30日，国际权威物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）以《Collapse and Revival of Exciton-Polaritons in a Single Nanocavity Revealed by Ultrafast Nonlinear Microscopy》为题，在线发表了陆培祥教授领导的“强场超快光学”创新研究群体在单纳米腔激子极化激元超快探测与调控方面的最新研究成果。

激子极化激元（Exciton-polaritons, EPs）是光与物质强耦合产生的混合准粒子，兼具光子的高速传播特性和激子的强非线性相互作用；单等离子体纳米腔具有极致的模式体积（V∼10⁻⁶ λ³），将光场约束在亚衍射极限尺度，使少激子强耦合与强非线性成为可能，在超快光开关、低功耗光子芯片和量子信息处理等领域具有重要应用前景。然而，传统的瞬态吸收方法难以实现在单个纳腔尺度下EPs超快动力学的直接测量与调控，一直是本领域亟待解决的难题。

图1：WSe₂-Au单个纳米腔强耦合体系和超快 DFG显微光谱的测量原理

针对这一长期挑战，王凯教授、陆培祥教授课题组提出并实现了一种基于时间分辨差频产生（DFG）显微光谱的全新探测方法（如图1），巧妙利用EPs的共振增强效应，在单个Au-WSe₂纳腔中实现了EPs的实时追踪。通过扫描泵浦光子能量并记录DFG信号随泵浦-探测延迟时间的变化，构建了二维时间-能量分辨图谱，首次直接可视化了极化激元高能支和低能支的瞬态演化过程。

图2：单纳腔中激子极化激元的坍缩-恢复超快过程的时间-能量二维图谱

如图2所示，单纳腔强耦合体系在激发光下发生瞬间坍缩，并在约2 ps内完成恢复，对应的拉比劈裂从完全闭合恢复至120 meV。该过程揭示了少激子强耦合体系中的超快非平衡动力学行为。同时，该系统展现出低于2 pJ的超低开关阈值，非线性系数下限约0.3 μeV·μm²，是目前等离激元纳腔体系中已报道的最优性能之一。

与瞬态吸收方法相比，超快DFG显微术将纳腔内EPs信号共振转换至近红外波段，实现了高对比度的成像，并可推广至其他纳米尺度下非线性光学过程的研究。该工作不仅为纳米尺度下光与物质相互作用的非平衡动力学提供了全新的实验手段，也为发展超快、低功耗光开关和新型纳米光子器件开辟了道路。

物理学院博士生张力羽和博士生黄中奥为论文共同第一作者，王凯教授、陆培祥教授为论文通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金创新研究群体以及面上项目和湖北省自然科学基金等的资助。

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/dyyz-ddyg