Metasurface входит в полость лазерного волокна для управления пространственно-временными модами

Jan 13, 2024

23 февраля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

от SPIE

Метаповерхности очень универсальны для управления амплитудой, фазой или поляризацией света. За последнее десятилетие метаповерхности были предложены для широкого спектра применений — от визуализации и голографии до создания сложных структур светового поля. Однако большинство разработанных на сегодняшний день оптических метаповерхностей представляют собой изолированные оптические элементы, работающие только с внешними источниками света.

Несмотря на свою универсальность в пространственном манипулировании световым полем, большинство метаповерхностей имеют только фиксированный, не зависящий от времени отклик и ограниченную способность контролировать временную форму светового поля. Чтобы преодолеть такие ограничения, исследователи ищут способы использования нелинейных метаповерхностей для пространственно-временной модуляции светового поля. Однако большинство материалов для построения метаповерхностей сами по себе имеют относительно ограниченный нелинейный оптический отклик.

Одним из решений ограниченной нелинейности материалов метаповерхности является взаимодействие в ближнем поле со средой с чрезвычайно большой оптической нелинейностью. Эпсилон-околонулевые материалы (ENZ), новый класс материалов с исчезающей диэлектрической проницаемостью, в последние годы привлекли большое внимание. Например, оксид индия-олова (ITO), проводящий оксид металла, широко используемый в качестве прозрачных электродов в солнечных элементах и ​​бытовой электронике, обычно имеет диэлектрическую проницаемость выше нуля в ближнем инфракрасном режиме.

Материал ENZ, линейный показатель преломления которого приближается к нулю, наделен чрезвычайно большим нелинейным показателем преломления и коэффициентом нелинейного поглощения.

Как сообщается в журнале Advanced Photonics, исследователи из Университета Цинхуа и Китайской академии наук недавно сгенерировали лазерные импульсы с заданными пространственно-временными профилями путем прямого включения материала ENZ, связанного с метаповерхностью, в резонатор волоконного лазера.

Исследователи использовали геометрическую фазу метаповерхности, состоящей из пространственно неоднородных анизотропных металлических наноантенн, чтобы адаптировать поперечную моду выходного лазерного луча. Гигантское нелинейное насыщающееся поглощение системы, связанной с ENZ, позволяет генерировать импульсный лазер посредством процесса переключения добротности. В качестве прототипа исследователи создали микросекундный импульсный вихревой лазер с различными топологическими зарядами.

Эта работа открывает новый путь создания лазера с адаптированным пространственно-временным профилем мод в компактной форме. Для дальнейшей миниатюризации системы метаповерхность может быть интегрирована на торцевую поверхность волокна.

По словам автора корреспондента Юаньму Янга, профессора Государственной ключевой лаборатории прецизионных измерительных технологий и инструментов Университета Цинхуа: «Мы надеемся, что наша работа может способствовать дальнейшему исследованию универсальности метаповерхности для манипулирования пространственным световым полем с ее гигантской и настраиваемой нелинейностью для генерации лазерных лучей». с произвольными пространственными и временными профилями».

Ян отмечает, что этот инновационный метод может проложить путь к следующему поколению миниатюрных импульсных лазерных источников, которые можно будет использовать в различных приложениях, таких как улавливание света, оптические накопители высокой плотности, визуализация со сверхвысоким разрешением и 3D-лазерная литография.

Больше информации: Вэньхэ Цзя и др., Внутрирезонаторные пространственно-временные метаповерхности, Advanced Photonics (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.2.026002

Предоставлено SPIE