Bezpłatna ubytek Fabry-Perota

Niedawno czasopismo Nature Communications opublikowało przełomową pracę badawczą z zakresu fotoniki. Zespół badawczy z CREOL College of Optics and Photonics na Uniwersytecie Centralnej Florydy i innych instytucji w innowacyjny sposób zaproponował i zrealizował eksperymentalnie pozbawioną rezonansu wnękę Fabry'ego-Pérot (FP).

Wykorzystując wewnątrzwnękową holograficzną maskę fazową do manipulowania orbitalnym momentem pędu (OAM) wiązek światła, w badaniu osiągnięto nieograniczoną stopniową eskalację porządku modów Laguerre’a – Gaussa (LG). Podejście to zasadniczo przełamuje dyskretny rezonans charakterystyczny dla tradycyjnych rezonatorów optycznych, tworząc nową wnękę optyczną, która jest prawie odporna na zakłócenia związane z długością wnęki. Otwiera zupełnie nowe możliwości w zakresie wykrywania optycznego o wysokiej stabilności, laserów światła strukturalnego i badań nad fotoniką niehermitowską.

1. Tło badawcze i istniejące wyzwania Tradycyjna wnęka rezonansowa Fabry'ego-Pérot (FP) jest podstawowym urządzeniem w technologii laserowej, precyzyjnym wykrywaniu optycznym, optyce kwantowej i detekcji fotonów. Jednakże posiada nieodłączne i nieuniknione ograniczenia:

1. Generuje szczyty rezonansowe tylko przy kilku określonych długościach fal, co skutkuje wąskim pasmem roboczym.

2. Jest niezwykle wrażliwy na zmiany długości wnęki; Wibracje i wahania temperatury powodują rezonansowy dryft długości fali, pogarszający dokładność wykrywania i stabilność lasera.

Poprzednie próby poprawy wydajności poprzez inżynierię dyspersji i kształtowanie pola optycznego wewnątrz wnęki nie udało się zasadniczo wyeliminować zależności od długości wnęki i rezonansu dyskretnego, co znacznie ograniczało praktyczne zastosowania.2. Podstawowy innowacyjny projekt i zasada działania Badania te odrywają się od konwencjonalnej metody modyfikowania rezonatorów poprzez regulację dyspersji. Zamiast tego w innowacyjny sposób rozpoczyna się od manipulacji polem optycznym w trybie przestrzennym i zasadniczo eliminuje rezonans z mechanizmu fizycznego.

Zespół badawczy zintegrował holograficzną maskę fazową (HPM) w kompaktowej płaskiej wnęce FP jako podstawowy element konwersji modów. Porzuca powszechnie używane mody Hermite’a – Gaussa (HG) i przyjmuje mody Laguerre’a – Gaussa (LG) przenoszące orbitalny moment pędu (OAM) jako podstawę propagacji.

Mody LG wyższego rzędu generowane podczas ewolucji charakteryzują się wrodzoną ortogonalnością, która przerywa spójny warunek interferencji wielu wiązek wewnątrz wnęki. Dyskretne piki rezonansowe konwencjonalnych wnęk są całkowicie stłumione, dzięki czemu wnęka może uzyskać całkowicie płaską, pozbawioną rezonansu szerokopasmową odpowiedź widmową.

Kluczowe różnice między tymi dwoma trybami:

1. Tryb HG: Pojedynczy komponent może przełączać się tylko pomiędzy dwoma ustalonymi trybami, co nie pozwala na ciągłą eskalację zamówienia, więc nie można wyeliminować rezonansu.

2. Tryb LG-OAM: Ciągła eskalacja wszystkich rozkazów modalnych może być realizowana za pomocą tylko jednej maski fazowej, charakteryzującej się prostą strukturą i łatwą integracją.

3. Wyniki eksperymentów i najważniejsze najważniejsze informacje Zespół wyprodukował holograficzną maskę fazową przy użyciu szkła fototermofrakcyjnego i zrealizował konwersję trybu szerokopasmowego za pomocą objętościowych siatek Bragga. Średnia wydajność konwersji modów LG przekracza 87,5% przy niskim zniekształceniu fazowym, umożliwiając ortogonalną propagację modów wyższego rzędu.

Porównanie eksperymentalne pokazuje, że tradycyjne wnęki FP wykazują dyskretne piki rezonansowe, a ich widma dryfują znacząco wraz z każdą zmianą długości wnęki. Natomiast nowa, pozbawiona rezonansu wnęka całkowicie eliminuje szczyty rezonansowe, prezentując płaską odpowiedź widmową zgodną z widmem wejściowym. Utrzymuje stabilną pracę nawet wtedy, gdy długość wnęki zmienia się w zakresie 350%, wykazując doskonałą odporność na zakłócenia zewnętrzne. Po wstrzyknięciu światła Gaussa można wzbudzić aż do 19. rzędu modów LG bez generowania rezonansu w dowolnej kolejności, co w pełni weryfikuje skuteczność mechanizmu pozbawionego rezonansu.