メタサーフェスは時空間モード制御のためにレーザーファイバーキャビティに入ります

Jan 13, 2024

2023 年 2 月 23 日

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アーティスト: SPIE

メタサーフェスは、光の振幅、位相、または偏光を操作するための非常に多用途です。 過去 10 年間、メタサーフェスは、イメージングやホログラフィーから複雑なライト フィールド パターンの生成に至るまで、幅広い用途に提案されてきました。 しかし、これまでに開発された光学メタサーフェスのほとんどは、外部光源でのみ機能する分離された光学要素です。

ライト フィールドを空間的に操作する多用途性にもかかわらず、ほとんどのメタサーフェスは、固定された時間不変の応答しか持たず、ライト フィールドの時間的形状を制御する能力は限られています。 このような制限を克服するために、研究者たちは、時空間ライトフィールド変調に非線形メタサーフェスを使用する方法を検討しています。 ただし、メタサーフェスを構築するためのほとんどの材料は、それ自体の非線形光学応答が比較的限られています。

メタサーフェス材料の限られた非線形性に対する 1 つの解決策は、非常に大きな光学的非線形性を持つ媒体への近接場結合です。 イプシロンニアゼロ (ENZ) 材料は、誘電率が消失する新興クラスの材料であり、近年大きな注目を集めています。 たとえば、太陽電池や家庭用電化製品の透明電極として広く使用されている導電性金属酸化物である酸化インジウムスズ (ITO) は、通常、近赤外線領域でゼロを超える誘電率を持っています。

ENZ材料は、線屈折率がゼロに近づくため、非常に大きな非線形屈折率と非線形吸収係数を持ちます。

『Advanced Photonics』で報告されているように、清華大学と中国科学院の研究者らは最近、ファイバー レーザー キャビティ内のメタ表面に結合された ENZ 材料を直接組み込むことにより、調整された時空間プロファイルを持つレーザー パルスを生成しました。

研究者らは、空間的に不均一な異方性金属ナノアンテナで作られたメタサーフェスの幾何学的位相を利用して、出力レーザービームの横モードを調整した。 ENZ 結合システムの巨大な非線形可飽和吸収により、Q スイッチング プロセスを介したパルス レーザーの生成が可能になります。 プロトタイプを提供するために、研究者らは、さまざまなトポロジー電荷を持つマイクロ秒パルス渦レーザーを実現しました。

この研究は、コンパクトな形で調整された時空間モードプロファイルを備えたレーザーを構築するための新しいルートを提供します。 システムをさらに小型化するために、メタサーフェスをファイバー端面に統合することもできます。

責任著者である清華大学精密測定技術・機器国家重点研究所教授のYuanmu Yang氏は次のように述べています。任意の空間的および時間的プロファイルを使用します。」

ヤン氏は、この革新的な方法が次世代の小型パルスレーザー光源への道を切り開く可能性があり、光トラップ、高密度光ストレージ、超解像度イメージング、3Dレーザーリソグラフィーなどのさまざまな用途に使用できる可能性があると指摘しています。

詳しくは： Wenhe Jia 他、Intracavity 時空間メタサーフェス、Advanced Photonics (2023)。 DOI: 10.1117/1.AP.5.2.026002

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