Femtosekundinis lazerinis tiesioginis bloko virpesių rašymas optinėse floketinėse gardelėse

2024 m. balandžio 28 d. prof. Shu Xuewen komanda Huazhongo mokslo ir technologijų universitete (HUST), bendradarbiaudama su profesoriaus Sun Xiankai komanda iš Kinijos Honkongo universiteto (CUHK), paskelbė naujausią mokslinių tyrimų pažangą Vizualus fotonikos stebėjimas. Floquet -Bloch svyravimai.
Blokų svyravimai yra klasikinis koherentinis kvantinio transportavimo reiškinys, pasireiškiantis kaip periodiniai kvantinių dalelių svyravimai periodiniame potencialo lauke, veikiant nuolatinei jėgai. Blocho svyravimai, kaip pagrindinis fizinis poveikis, buvo atrasti ir ištirti įvairiose sistemose, tokiose kaip puslaidininkių supergardelės, ultrašalti atomai, sujungtos bangolaidžių matricos ir sintetinės matmenų fotoninės gardelės ir kt. fizikos tyrimai, bet taip pat pateikia naujų idėjų ir metodų lanksčiam manipuliavimui bangų funkcijos raida. Tačiau Bloch virpesių reiškinio tyrimai daugiausia buvo skirti statinėms sistemoms, o Bloch virpesių reiškinys periodiškai valdomose (Floquet) sistemose turi būti toliau nuodugniai ištirtas.

1 pav. (a) Femtosekundinio lazerio tiesioginio rašymo bangolaidžio matricos schema. b) Eksperimentiniu būdu paruošto mėginio skerspjūvio nuotrauka. c) Eksperimentiškai paruošto mėginio nuotrauka iš viršaus.
Siekiant išspręsti šią problemą, šiame tyrime tiriamas Blocho virpesių reiškinys Froché sistemoje, naudojant vienmatį išlenktą bangolaidžio matricą, paruoštą femtosekundiniu lazeriu tiesioginiu rašymu, siūloma bendra Blocho virpesių reiškinio optinėje Froché gardelėje teorija ir eksperimentiškai vizualizuojama bei stebi optinį Froché-Bloch virpesių reiškinį. Kaip parodyta 1 pav., masyvo bangolaidžio lenkimo trajektorija yra sudėtinė trajektorija, susidedanti iš apskrito lenkimo, uždėto ant periodinio lenkimo. Taikant vakaro ašies aproksimaciją, svyravimų lygtis, apibūdinanti šviesos pernešimo raidą šioje bangolaidžio matricoje, yra matematiškai lygiavertė Schrödingerio lygčiai, apibūdinančiai nuo laiko priklausomą elektronų raidą periodiniame potencialo lauke, veikiant taikomajam elektriniam laukui, ir šviesos pernešimo kryptis bangolaidžių matricoje yra lygiavertė laiko terminui Šriodingerio lygtyje. Bangolaidžio lenkimo trajektorijos kreivumas laikomas lygiaverte elektrinio lauko jėga, veikiančia perduodamą šviesos bangą, kur apskrito lenkimo trajektorija sukuria lygiavertę pastovią elektrinio lauko jėgą, sukeliančią Blocho virpesius, o periodinio lenkimo trajektorija sukuria lygiavertį periodinį elektrinį lauką. jėga, įvedanti Frohnke moduliaciją. Taigi, bangolaidžio matrica leidžia stebėti Blocho virpesių reiškinį optinėje Floquet grotelėje.

2 pav. (a)–d) Eksperimentiniai stebėjimai sužadinant vieną bangolaidį. (e)-(h) Eksperimentiniai stebėjimai sužadinant plačiu pluoštu.
Šiame tyrime buvo vizualizuota ir stebima nuolatinio šviesos bangų perdavimo bangolaidžių matricose raida naudojant bangolaidžio fluorescencinę mikroskopiją. 2 pav. parodyti Blocho virpesių reiškinio kvėpavimo ir virpesių režimai optinėje Froquet gardelėje atitinkamai vieno bangolaidžio ir plataus pluošto dažniui. Kai Floquet moduliacijos periodas yra nelygus bet kuriam sveikajam Blocho svyravimų periodo kartotiniam, Floquet dispersija yra pastovi ir lygi nuliui, o optiniai Floquet-Bloch svyravimai su periodu, kuris yra mažiausias bendras Floquet moduliacijos periodo ir Blocho kartotinis. atsiranda svyravimų periodas. Kitais atvejais Floquet dispersija nebėra lygi 0, o šviesos pralaidumui dažniausiai būdinga difuzinė difrakcija. Be to, mokslininkai teoriškai ir eksperimentiškai ištyrė Flokay moduliacijos parametrų poveikį optiniams Flokay-Bloch virpesiams, atskleisdami unikalų reiškinio evoliucinį pobūdį, įskaitant su Flokay moduliacijos periodu susijusias fraktalų spektrines savybes ir trupmeninės eilės Flokay. tuneliavimo savybės, susijusios su Flokay moduliacijos amplitude.

3 pav. (a) Optinių Froquet-Bloch svyravimų fraktalinės spektrinės savybės. b) Optinių Floquet-Bloch svyravimų trupmeninės eilės Floquet-Bloch tunelinės savybės.
Vizualinis optinių Floquet-Bloch virpesių stebėjimas atskleidžia naują bangų funkcijos evoliucijos mechanizmą, kuris yra labai svarbus tiek fundamentiniams tyrimams, tiek praktiniams taikymams. Kalbant apie fundamentinius tyrimus, teorinis modelis ir eksperimentinė platforma padeda toliau tirti naujus reiškinius, atsirandančius dėl Frohike-Bloch svyravimų projektavimo ir moduliavimo sąveikos su dvejetainėmis gardelėmis, ne Ermio gardelėmis ir optiniais netiesiškumais; o kalbant apie praktinį pritaikymą, optiniai Frohike-Bloch virpesiai iš esmės yra koherentinis transportavimo reiškinys, todėl gali būti. Praktikoje optiniai Floquet-Bloch svyravimai iš esmės yra nuoseklus transportavimo reiškinys, todėl juos galima išplėsti į įvairius tyrimus. platformas, tokias kaip sintetinės dažnio srities gardelės, šalti atomai, erdvės-laiko kristalai ir kvantiniai žingsniai, ir tikimasi, kad jos bus naudojamos dažnio konvertavimui, tiksliam matavimui ir įvairioms bangų perdavimo manipuliacijoms.