Schema för excitation och spatiotemporal FT-modulering av SPP-pulser. Kredit:Compuscript Ltd
En ny publikation från Opto-Electronic Advances diskuterar spatiotemporal manipulation av femtosekundsljuspulser för on-chip-enheter.
Med utvecklingen av högintegrerade nanofotoniska enheter har forskare börjat följa nya metoder för att flexibelt manipulera ljussignalerna på chipet i både extremt liten rumslig skala (t.ex. nanometer) och ultrasnabb tidsskala (t.ex. femtosekund). Styrningen av optiska signaler i nanometer- och femtosekundsskalor ger inte bara grundläggande insikter i den ultrasnabba dynamiken i interaktionen mellan ljus och materia, utan erbjuder också en effektiv plattform för högeffektiv ultrasnabb signalbehandling i integrerade nanofotoniska enheter och optisk detektering och bildbehandling med super-spatiotemporal upplösning. Sålunda är forskning av spatiotemporal ljusfältsmanipulation av stor betydelse och kan tillämpas brett inom områdena fotoniska kretsar, fotonisk informationsbehandling, kvantinformationsbehandling, neuromorf beräkning och artificiell intelligens och ultrasnabb optisk vågfrontsmätning.
För rumslig modulering av ljus i nanoskala har några nya optiska enheter, såsom metamaterial och metasytor, snabbt utvecklats för att exakt kontrollera beteendet hos optiska fält i mikro- och nanoskala. Till exempel kan utbredningen av optiska signaler moduleras till en krökt bana som den luftiga strålen. För modulering i tidsdomän lider de traditionella metoderna, inklusive dynamiskt styrd utrustning (som SLM) eller aktivt kontrollerade material (som elektrooptiska material), av materials begränsade responstid och är inte lämpliga för ultrasnabb modulering av femtosekund ljuspulser.
Nyligen, med utvecklingen av pulsformningsteknologi, har frekvensdomänmodulering gradvis blivit det huvudsakliga medlet för ultrasnabb modulering på femtosekundspulser. Genom att kombinera frekvensdomänmoduleringsmetoden med de designade mikro-/nanostrukturerna förväntas den uppnå ljusfältsgenerering och manipulation i både nanometer- och femtosekundsskalor, vilket skapar många nya rumsliga ljusfält och utökar nya applikationer.
Författarna till denna artikel föreslår en ny metod för att manipulera utbredningen på chipet av en femtosekundsljuspuls baserat på den spatiotemporala Fouriertransformen (FT). Genom att kombinera frekvensdomänmoduleringsmetoden med spatialmoduleringsmetoden fann de att den rumsliga fördelningen av ljusfältet kan ordnas genom att reglera den rumsliga domänen FT med en on-chip nanofokuseringsstruktur, och den ultrasnabba vågfrontsformningen av femtosekundpulser i tidsdomänen kan realiseras genom att justera den tidsmässiga FT med spridningseffekten av ljus. Slutligen kan den spatiotemporala FT synkroniseras för att manipulera utbredningsegenskaperna på chipet för femtosekundpulser i tid-rymddomän.
För att demonstrera denna spatiotemporala FT-metod för on-chip-enheter valde de ytplasmonpolaritoner (SPP) exciterade på en metallyta som exempel, och studerade moduleringsprestandan på de exciterade femtosekunds SPP-pulserna. Med förmågan att bryta igenom den optiska diffraktionsgränsen har SPP i stor utsträckning använts i nanofotoniska enheter för en mängd olika applikationer, inklusive optisk lagring, optisk avkänning, optisk pincett och Raman-spridning. Förutom rumsliga upplösningar i nanoskala möjliggör SPP-pulser som genereras av en femtosekundlaser femtosekundskaliga tidsupplösningar, vilket ger en forskningsplattform för manipulering av ljusfält och interaktion mellan ljus och materia vid extremt små spatiotemporala skalor.
Med den föreslagna spatiotemporala FT-moduleringsmetoden demonstrerade de teoretiskt några extraordinära spatiotemporala moduleringseffekter på femtosekunds SPP-pulserna. Till exempel kan ett konventionellt rumsligt SPP-fokus gradvis böjas till en ringform, och utbredningsriktningen för en krökt SPP-Airy-stråle kan vändas vid vissa ögonblick för att skapa en S-formad bana. Jämfört med konventionell modulering av SPP i antingen rymd- eller tidsdomän, erbjuder den föreslagna metoden potentiellt en mängd nya effekter i SPP-modulering, särskilt förknippade med den tidsmässiga domänen, och förbättrar därigenom graden av frihet för optisk modulering och ger en ny plattform för on- chip spatiotemporal manipulation av optiska pulser med applikationer inklusive ultrasnabb on-chip fotonisk informationsbehandling, ultrasnabb puls/stråleformning och optisk beräkning. + Utforska vidare
