Fig. 1 Det konceptuella schemat för att ge ultrasnabba ljusfält med flera mål i en enda fokuseringskonfiguration för objektiv med hög numerisk bländare. Kredit:Compuscript Ltd
En ny publikation från Opto-Electronic Advances översikter ultrasnabb multi-target kontroll av tätt fokuserade ljusfält.
Rymd-tidsformning av ultrasnabba pulslasrar anses vara ett kraftfullt verktyg för utveckling av högeffektiv laserinfångning, ultrasnabb optisk skiftnyckel, exakt tidsupplösningsmätning, ultrasnabb spektroskopi, integrerat optiskt chip och högupplöst bildbehandling. I detta avseende har många forskningsansträngningar ägnats åt att uppnå den specifika rumsliga moduleringen och tidsmässiga kodningen av ljusfält. Dessa verk fokuserar dock primärt på den enkelfunktionella rum-tidsformningen av ljusfält och förbiser ljusfältens variationsdetaljer inom en ultrakort tidsregim. Hur man realiserar den ultrasnabba multi-target-kontrollen av ljusfält genom att kombinera vektor-virvel (spatiala) egenskaper med ultrasnabba tidsvariationer (temporala) har förblivit svårfångade tills nu. Det har hindrat inte bara lärorika insikter i de ultrasnabba ljus-materia-interaktionerna utan också applikationerna i de nya optiska pincettinställningarna.
Forskare ledda av professor Baohua Jia vid Swinburne University of Technology, Australien, och Dr. Zhongquan Nie vid Taiyuan University of Technology, presenterade ett nytt koncept för att realisera ultrasnabb modulering av multi-target fokalfält baserat på den lättsamma kombinationen av den tidsberoende vektorialen diffraktionsteori med den snabba Fouriertransformen. Det uppnås genom att tätt fokusera radiellt polariserade femtosekundspulsvirvellaserstrålar i en enda objektivlinsgeometri, som visas i fig. 1. Det upptäcktes att den ultrasnabba temporala frihetsgraden inom en konfigurerbar temporal varaktighet (~400 fs) spelar en pivotal roll vid bestämning av de rika och exotiska egenskaperna hos det fokuserade ljusfältet på en gång, nämligen ljus-mörk alternering, periodisk rotation och longitudinell/transversell polarisationsomvandling. De underliggande kontrollmekanismerna har i sin tur avslöjats genom skapandet av noll- eller π-fasvariation, tidsberoende Gouy-fasförskjutning och energiflödesomfördelning, som visas i fig. 2. Dessutom är de initiala experimentella resultaten som demonstreras av detta arbete bra i överensstämmelse med deras föreslagna teoretiska förutsägelser och numeriska analyser, som visas i fig. 3.
Fig. 2 De fokuserade fältfördelningarna av radiellt polariserat ljus med första ordningens virvel vid olika tidsintervall. Kredit:Compuscript Ltd
Fördelarna med detta arbete ligger i att inte bara möjliggöra högeffektiv drift och lågkomplex design av optisk installation, utan också att öka den kontrollerbara tidsmässiga frihetsgraden i praktiska optiska pincettstrategier jämfört med traditionella metoder. Ännu viktigare är att de presenterade rutterna är kapabla att samtidigt uppnå flera och kontrollerbara mål för ljusfält i en enda geometrikonfiguration. Förutom att vara av akademiskt intresse för olika ultrasnabba spektralregimer, lovar dessa märkliga beteenden hos de evolutionära rymd- och tidsstrålarna att stödja produktiva ultrasnabbrelaterade applikationer som multifunktionellt integrerat optiskt chip, högeffektiv laserinfångning, mikrostrukturrotation, superupplöst optisk mikroskopi , exakt optisk mätning och spårning av livlighet.
Fig. 3 De hårt fokuserade ljusfälten hos (a) radiellt polariserad stråle; (b) azimutpolariserade strålar; (c) radiellt polariserad stråle med 1-ordningens virvelfas; (d) azimutpolariserade strålar med 1-ordningens virvelfas. Kredit:Compuscript Ltd
