Récemment, un professeur de génie électronique à l'équipe de recherche de l'Université Xingjie Ni Pennsylvania State a publié un rapport intitulé « non réciproque Metasurface à la phase spatio-temporelle de modulation », l'article propose d'atteindre la lumière non réciproque sur la surface ultra-mince avec une modulation de phase spatiale et temporelle la nouvelle méthode de propagation. Les chercheurs expérimentalement en ajoutant de temps ultra-rapide a confirmé que la dynamique de modulation de phase ultra surface de conception. Ils combinent deux hétérodyne interférences d'ondes cohérentes lorsque plusieurs variants générés modulation terahertz, le changement de phase introduit au-dessus de la surface de la dynamique. Ce procédé de fabrication compacte, élément optique intégré non réciproques offre un moyen potentiel de la pensée. L'étude, publiée en Décembre: la revue « Light Science & Applications ».
fond
propagation de la lumière est réciproque, à savoir la lumière se propage dans une direction de piste opposée à la direction de propagation de la piste sur le même. Dans le système optique nécessite flux de lumière asymétrique, rupture de réciprocité est importante. Réciprocité lumière de rupture peut se propager dans une seule direction. Soutenir ce flux unidirectionnel d'éléments optiques, tels que sectionneurs et circulateurs, des systèmes de communication modernes et membre indispensable au laser. Cependant, l'optique non réciproque réalisée presque entièrement par le matériau magnéto-optique, avec le matériau magnéto-optique miniaturisé moderne sont incompatibles sous-système. Sur la base de la non-réciprocité de l'effet magnéto-optique d'un grand volume du dispositif d'élément optique, difficile à intégrer. Dans de nombreuses applications optiques, optique non réciproque obtenir une transmission non magnétique est nécessaire. De plus, la longueur d'interaction est supérieure à la fréquence de modulation de largeur de bande ultra-rapide THz de la non-réciprocité sous-longueur d'onde est un problème technique, jusqu'à présent pas encore été réalisé.
La recherche innovante
Cet article a d'abord été proposé de réaliser un nouvel espace libre optique sur la surface de la lumière se propageant dans les fréquences optiques non réciproques. Ceci est un temps surface optique contrôlable du super-ultra-rapide ayant des caractéristiques différentes, il est possible sans grand volume de l'aimant, la rupture de la réciprocité optique. Les nouveaux réflecteurs d'argent ultra-surface fabriqués à environ 860nm et de longueurs d'onde du proche infrarouge en vrac nanoparticules de silicium ont un grand coefficient Kerr des éléments d'antenne. Les chercheurs utilisant la fréquence hétérodyne entre deux interférences de la ligne de laser étroitement espacées, à atteindre ultrarapide modulation de phase temporelle d'environ 2.8THz grande fréquence de modulation dans le temps. Cette technique de modulation dynamique a montré une grande flexibilité en termes de fréquence de modulation spatiale et temporelle. Les chercheurs ont obtenus dans des expériences à longueur d'interaction 150nm SWC, totalement réfléchis dans environ 5.77THz lumière à large bande asymétrique. En outre, ce document propose l'utilisation de la dynamique unidirectionnel fourni par la géométrie de la surface ultra-transfert, il peut être situé dans une zone interdite par la conception de l'état de sortie indésirable, à savoir la région de non-propagation, afin de contrôler librement la conversion de photons sélective. Cette méthode a montré une bonne flexibilité dans le contrôle de la dynamique spatiale et de l'énergie de la lumière. Il fournira une exploration intéressante de phénomènes physiques produits lorsque les propriétés des matériaux changent avec une nouvelle plate-forme et est évolutive, des dispositifs intégrés, réciproques non magnétiques ouvrir un nouveau paradigme de développement.
La figure 1 spatio-temporelle de modulation de phase non réciproque sur la surface de l'ouvrage.
(A) temps et l'espace des antennes résonance nanométrique de phase à modulation schématique du mode de réflexion de surface élevée. La superposition d'une modulation de phase sinusoïdale dans la direction de déplacement de la phase de conception x-gradient. Ultra lumière frappe la surface en raison de la dynamique des fréquences de la fréquence de modulation de phase est convertie en la lumière réfléchie, le faisceau lumineux transmis par des changements de fréquence, ce qui entraîne des effets non réciproques. Super contraste modulée spatialement à la surface commune (b) (c) et une modulation de phase temporelle sur la surface (d) (e). modulation spatiale commune sur le support de surface symétrie symétrique vers l'avant uniquement (b) et le réflecteur arrière (c), comme représenté sur la Fig. Aucune conversion de fréquence. Ce processus permet à la réciprocité, la même piste avant et après les deux faisceaux. modulation de phase temporelle sur la surface avant du support asymétrique (b) et inverse (c) réfléchissant. Il fournit non seulement une impulsion supplémentaire le long de la direction x, le rendement de conversion. Que ce soit vers l'avant ou vers l'arrière, vers le haut transition est interdite, en raison du vecteur d'onde générée est trop grand, dans l'espace libre non supporté, entraînant des transitions de photons unidirectionnelle l'énergie et de l'espace de mouvement. Par conséquent, les différentes trajectoires de faisceau, montrant l'effet non réciproque. quantité de mouvement de la modulation de phase spatiale est introduit, la modulation de phase de temps introduit par la quantité de mouvement supplémentaire.
Figure 2 Conception et caractérisation de la surface super.
3D est une vue schématique (a) de la surface d'une seule super-cellule, de silicium non monocristallin nanotiges trois antennes. Broyage d'argent en forme de plaque, une couche de dioxyde de silicium d'espacement, et l'épaisseur du silicium non-monocristallin est de 200 nm, 50 nm, 150 nm. (B) calculer une nanoparticules individuelles différentes antennes de paramètres et un décalage de phase correspondant. Lorsque la pompe intensité lumineuse est irradiée 15 GW / cm2, qui est recouverte par des lignes de contour affichée 0,32 variation de déphasage en radians de la pompe (en pointillé ligne noire). Est un contour de lignes blanches dans des conditions statiques et analogues dans le décalage de phase de lancement. Trois structures différentes nantennae marque rouge prismatique creuse à des intervalles de 2 / 3 du couvercle 2 [pi] décalage de phase pour la composition statique sur la surface. l'image FESEM d'un silicium non monocristallin sur la surface de la (c) le fini. échelle principale figure et illustrations sont et 200nm à 1 um. (D) = 1,5 pm, la longueur d'onde de 680 nm à 1000 nm de normalement anomalies de réflexion de lumière incidents obtenue mesurée (cercle rouge) et calculé (ligne bleue) sur la surface au-dessus. = 860nm illustration montre des variations anormales de l'angle d'entourage de réflexion de 1,2 pm à 1.8m. Conformément aux résultats théoriques.
La figure 3 expériences de modulation de phase contrôlée spatio-temporelles.
(A) illustre deux fréquences étroitement espacées, respectivement, et chaque angle de faisceau de pompage d'incidence et de l'impact sur la surface. Sur la surface, ils produisent super cycle, la vitesse des franges d'interférence. Etant donné que le mouvement des franges d'interférence, lorsque la variabilité antenne nano présente dans la surface du décalage ultra-phase. (B) un diagramme schématique de l'appareil expérimental. La sortie 800nm Ti-saphir femtoseconde pulsé laser en deux faisceaux: un faisceau de génération de lumière de pompage décalé en fréquence transmis directement à travers le réseau de diffraction, l'autre est transmise à la fibre optique à cristal photonique (PCF), à un faisceau de sonde de longueur d'onde réglable. La ligne à retard en utilisant deux synchronisation de temps entre les trois faisceaux. La lentille de focalisation asphérique de la pompe et de la sonde sur la surface des poutres. Recevoir un signal réfléchi à partir du miroir en forme de D est détecté par le spectromètre. Recueillies par la surveillance au niveau du plan de Fourier du spectre de lentille asphérique, nous avons tracé la fréquence du signal réfléchi et de l'élan. Spectre (c) deux faisceaux de lumière de pompage présentant une longueur d'onde de différence 6 nm (correspondant à? F de 2,8 THz). Deux faisceaux pompe à motif d'interférence (D) une transformée de Fourier à deux dimensions de transformée, et la même description, la sonde ayant une longueur d'onde de 860nm dans le vecteur d'onde de la lumière dans l'espace libre.
Des mesures de la surface réfléchissant la lumière de la modulation de phase non réciproque de. La figure 4 spatio-temporelle.
En vertu de (a) dans la modulation de la dynamique, un faisceau positif de la sonde de l'énergie incidente sur la surface de l'ultra - dynamique figure à f = 345,8 THz et kx = 0.18kprobe présence le signal converti. (B) dans le cas arrière, avant qu'un signal ayant la même fréquence (f = 345,8 THz), mais dans la direction opposée (kx = -0.18kprobe) est transmis au faisceau sonde sur la surface. Energy - chiffre d'impulsion montre F = 342,0 signal THz vers le bas l'orifice de sortie dans la direction normale (kx = 0). Dans les deux cas, le signal converti est amplifié tout temps, afin de mieux montrer (dans une région agrandie entouré par une boîte blanche). Ces résultats théoriques présentés sur la figure. 1d et e sont prévus exactement. Dans la région d'intérêt (photons toutes les transitions possibles), plus précisément en utilisant la taille de pas de balayage et un temps d'intégration plus long du spectromètre pour assurer la détection du signal de commutation. Dans la région de la bande latérale supérieure d'une dynamique élevée, ou peut exister, même si le signal est amplifié est pas détectée. Par conséquent, se ici seule région agrandie de la première conversion de la commande.
La figure 5 transition de photons expériences de sélectivité directionnelle.
(A) seulement kM = 0.32kprobe et? F = 2,8 THz modulation de surface ultra (ks = 0.72kprobe) sera vers le bas photons convertis. Le signal converti est amplifié deux fois, pour mieux montrer. (B) En revanche, les photons ayant ks = conversion au cours de la même modulation de phase en temps sur la surface ultra -0.72kprobe, se produit uniquement vers le haut. Le signal converti est amplifié deux fois, afin de mieux montrer (dans une région agrandie entouré par une boîte blanche).
(Source: Web of Science Ye Xin)
Documents relatifs Information: https: //doi.org/10.1038/s41377-019-0225-z
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