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Apr 29, 2023

Generazione del colore

Efficient evolution from a fundamental pump mode to a

L'evoluzione efficiente da una modalità di pompa fondamentale a una modalità parametrica desiderata apre nuove possibilità per comunicazioni ottiche ad alta capacità e altro ancora

SPIE-Società Internazionale di Ottica e Fotonica

immagine: Schema dell'oscillatore parametrico ottico Janus.vedere di più

Credito: Wei et al., doi 10.1117/1.APN.2.3.036007.

Le modalità Laguerre-Gaussian (LG) sono un tipo di onda luminosa che può trasportare la coppia esterna dei fotoni mentre si muovono nello spazio. Sono utili in molti campi, dalle comunicazioni ottiche all'imaging a super risoluzione. Gli sviluppi avanzati in queste e altre applicazioni richiedono sorgenti laser in modalità LG affidabili e con regolazione del colore, che ancora non esistono.

Un oscillatore ottico parametrico (OPO) è un dispositivo in grado di generare un raggio laser sintonizzabile in lunghezza d'onda, quindi è stato utilizzato per realizzare una sorgente laser LG sintonizzabile a colori, generalmente in due modi. Un modo è quello di trasformare un raggio regolare in un raggio LG utilizzando una componente di fase esterna all'OPO, ma questo rende il raggio LG meno puro. L'altro modo è utilizzare la modalità risonatore di ordine superiore in modo che possa creare LG direttamente alla fonte, ma questo è stato un lavoro in corso.

Come riportato su Advanced Photonics Nexus, un team dell'Università di Nanchino e dell'Università Sun Yat-Sen ha recentemente sviluppato uno schema OPO "Janus" a due facce per generare modalità LG a banda larga ad alta efficienza e elevata purezza con carica topologica regolabile. Il risonatore Janus è costituito da due specchi a cavità, un cristallo di niobato di litio periodicamente polarizzato, un rotatore di Faraday, una piastra a quarto d'onda e una piastra a onde vorticose vettoriali. Diversamente dai precedenti schemi di conversione della modalità intracavità basati solo sull'autoriproduzione della fase e della polarizzazione, Janus OPO introduce un sistema di imaging aggiuntivo nel risonatore per assistere l'autoriproduzione del fronte d'onda complesso, che migliora notevolmente le prestazioni dell'LG OPO.

La modalità cavità Janus è composta da due diverse modalità che si intersecano. La modalità all'estremità anteriore del risonatore è un modello di tipo gaussiano, che può adattarsi meglio alla luce della pompa gaussiana per ottenere un guadagno elevato. All'estremità di uscita, la modalità cavità si evolve gradualmente e senza intoppi in una modalità LG standard, che garantisce un'emissione del raggio LG di elevata purezza e riduce efficacemente la perdita di diffrazione. D’altra parte, la ricostruzione della distribuzione dell’intensità durante il processo di imaging forma attivamente una modalità LG ad alta purezza – piuttosto che un filtraggio in modalità passiva – che riduce ulteriormente le perdite dei risonatori.

Secondo l'autore corrispondente Yong Zhang, professore di fisica all'Università di Nanchino, "Il Janus OPO riduce ampiamente la perdita del risonatore attraverso la progettazione dell'immagine e migliora l'efficienza e la purezza del raggio LG in uscita". La modalità LG in uscita ha una lunghezza d'onda regolabile tra 1,5 μm e 1,6 μm, con un'efficienza di conversione superiore al 15%, una carica topologica controllabile fino a 4 e una purezza della modalità fino al 97%. Zhang osserva: "L'efficienza dell'OPO può essere ulteriormente migliorata facendo doppio passaggio della luce della pompa e la banda di lunghezze d'onda del raggio LG in uscita ha il potenziale per espandersi nel visibile e nell'ultravioletto, offrendo un potente strumento per esplorare l'interazione tra LG raggi e materia, per potenziali applicazioni come l'imaging a super risoluzione basato sulla microscopia a deplezione di emissioni stimolate (STED) e sul rilevamento preciso della rotazione."

Secondo Dunzhao Wei, professore associato presso la Scuola di Fisica dell'Università Sun Yat-Sen e primo autore del rapporto, "Lo schema di Janus OPO può essere ulteriormente ampliato all'emissione di raggi vettoriali e alla generazione di fotoni LG entangled, direzioni che giocheranno importanti ruoli in aree come l’interazione spin-orbita dell’insieme atomico, la fabbricazione di laser e fonti quantistiche ad alto entanglement”.

Leggi l'articolo Gold Open Access di D. Wei et al., "Generazione di modalità Laguerre-Gaussiane ad alta efficienza, elevata purezza e banda larga da un oscillatore parametrico ottico Janus", Adv. Fotone. Nesso