Voľná ​​Fabry-Perotova dutina

Nedávno spoločnosť Nature Communications zverejnila prelomovú výskumnú prácu v oblasti fotoniky. Výskumný tím z CREOL College of Optics and Photonics na University of Central Florida a ďalších inštitúcií inovatívne navrhol a experimentálne zrealizoval Fabry-Pérotovu (FP) dutinu bez rezonancie.

Využitím intrakavitálnej holografickej fázovej masky na manipuláciu s orbitálnym momentom hybnosti (OAM) svetelných lúčov štúdia dosahuje neobmedzenú postupnú eskaláciu režimu Laguerre-Gauss (LG). Tento prístup zásadne porušuje diskrétnu rezonančnú charakteristiku tradičných optických rezonátorov a vytvára novú optickú dutinu, ktorá je takmer imúnna voči poruchám dĺžky dutiny. Otvára úplne nové cesty pre vysokostabilné optické snímanie, štruktúrované svetelné lasery a nehermitovský výskum fotoniky.

1. Pozadie výskumu a existujúce výzvy Tradičná Fabryho-Pérotova (FP) rezonančná dutina je základným základným zariadením laserovej technológie, optického presného snímania, kvantovej optiky a detekcie fotónov. Má však prirodzené a nevyhnutné obmedzenia:

1. Vytvára iba rezonančné vrcholy na niekoľkých špecifických vlnových dĺžkach, čo vedie k úzkej prevádzkovej šírke pásma.

2. Je mimoriadne citlivý na zmeny dĺžky dutiny; vibrácie a kolísanie teploty spôsobujú rezonančný posun vlnovej dĺžky, čím sa znižuje presnosť snímania a stabilita lasera.

Predchádzajúce pokusy o zlepšenie výkonu pomocou disperzného inžinierstva a vnútrodutinového tvarovania optického poľa nedokázali zásadne eliminovať závislosť od dĺžky dutiny a diskrétnu rezonanciu, čo značne obmedzilo praktické aplikácie.2. Základný inovatívny dizajn a pracovný princíp Tento výskum sa odchyľuje od konvenčného spôsobu úpravy rezonátorov prostredníctvom regulácie rozptylu. Namiesto toho inovatívne začína s priestorovým režimom manipulácie optického poľa a zásadne eliminuje rezonanciu z fyzikálneho mechanizmu.

Výskumný tím integroval holografickú fázovú masku (HPM) do kompaktnej planárnej dutiny FP ako hlavný prvok pre konverziu režimu. Opúšťa bežne používané režimy Hermite-Gauss (HG) a ako základ šírenia prijíma režimy Laguerre-Gauss (LG) nesúce orbitálny moment hybnosti (OAM).

Režimy LG vyššieho rádu generované počas evolúcie sa vyznačujú inherentnou ortogonalitou, ktorá narúša koherentný interferenčný stav viacerých vnútrodutinových lúčov. Diskrétne rezonančné vrcholy konvenčných dutín sú úplne potlačené, čo umožňuje dutine dosiahnuť úplne plochú širokopásmovú spektrálnu odozvu bez rezonancie.

Hlavné rozdiely medzi týmito dvoma režimami:

1. Režim HG: Jediný komponent môže prepínať iba medzi dvoma pevnými režimami, nie je možné dosiahnuť nepretržitú eskaláciu objednávky, takže rezonanciu nemožno eliminovať.

2. Režim LG-OAM: Nepretržitá eskalácia všetkých modálnych objednávok môže byť realizovaná iba s jednou fázovou maskou, vyznačujúca sa jednoduchou štruktúrou a jednoduchou integráciou.

3. Experimentálne výsledky a hlavné najdôležitejšie body Tím vyrobil holografickú fázovú masku s použitím fototermorefrakčného skla a realizoval konverziu širokopásmového režimu pomocou objemových Braggových mriežok. Priemerná účinnosť konverzie režimov LG presahuje 87,5 % s nízkym fázovým skreslením, čo umožňuje ortogonálne šírenie režimov vysokého rádu.

Experimentálne porovnanie ukazuje, že tradičné FP dutiny vykazujú diskrétne rezonančné píky a ich spektrá sa výrazne posúvajú pri akejkoľvek zmene dĺžky dutiny. Na rozdiel od toho nová dutina bez rezonancie úplne eliminuje rezonančné vrcholy a predstavuje plochú spektrálnu odozvu konzistentnú so vstupným spektrom. Udržuje stabilný výkon, aj keď sa dĺžka dutiny mení v rozsahu 350%, čo demonštruje vynikajúcu odolnosť voči vonkajším poruchám. Pri vstreknutí Gaussovho svetla možno vybudiť až 19. rád LG režimy bez generovania rezonancie v akomkoľvek poradí, čo plne overí účinnosť bezrezonančného mechanizmu.