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Nov 10, 2023

Geração de cor

Evolução eficiente de um modo de bomba fundamental para um

A evolução eficiente de um modo de bomba fundamental para um modo paramétrico desejado abre novas possibilidades para comunicações ópticas de alta capacidade e muito mais

SPIE - Sociedade Internacional de Óptica e Fotônica

imagem: Diagrama do oscilador óptico paramétrico Janus.Veja mais

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

Os modos Laguerre-Gaussiano (LG) são um tipo de onda de luz que pode transportar o torque externo dos fótons conforme eles se movem pelo espaço. Eles são úteis em muitos campos, desde comunicações ópticas até imagens de super-resolução. Desenvolvimentos avançados nessas e em outras aplicações exigem fontes de laser de modo LG confiáveis ​​e com ajuste de cores, que ainda não existem.

Um oscilador paramétrico óptico (OPO) é um dispositivo que pode gerar um feixe de laser ajustável por comprimento de onda, por isso tem sido usado para realizar uma fonte de laser LG com ajuste de cor - geralmente, de duas maneiras. Uma maneira é transformar um feixe regular em um feixe LG usando um componente de fase fora do OPO, mas isso torna o feixe LG menos puro. A outra maneira é utilizar o modo ressonador de ordem superior para que ele possa criar LG diretamente na fonte, mas isso tem sido um trabalho em andamento.

Conforme relatado no Advanced Photonics Nexus, uma equipe da Universidade de Nanjing e da Universidade Sun Yat-Sen desenvolveu recentemente um esquema OPO "Janus" de duas faces para gerar modos LG de banda larga de alta eficiência e alta pureza com carga topológica ajustável. O ressonador Janus consiste em dois espelhos de cavidade, um cristal de niobato de lítio com polos periódicos, um rotador de Faraday, uma placa de um quarto de onda e uma placa de onda de vórtice vetorial. Diferente dos esquemas de conversão de modo intracavidade anteriores baseados apenas em auto-reproduções da fase e polarização, o Janus OPO introduz um sistema de imagem adicional no ressonador para auxiliar na auto-reprodução de frente de onda complexa, o que melhora muito o desempenho do LG OPO.

O modo de cavidade de Janus é composto por dois modos diferentes que se cruzam. O modo na extremidade frontal do ressonador é um padrão do tipo gaussiano, que pode corresponder melhor à luz da bomba gaussiana para obter alto ganho. No final da saída, o modo de cavidade evolui gradual e suavemente para um modo LG padrão, que garante saída de feixe LG de alta pureza e reduz efetivamente a perda de difração. Por outro lado, a reconstrução da distribuição de intensidade durante o processo de geração de imagens forma ativamente um modo LG de alta pureza - em vez de filtragem de modo passivo - o que reduz ainda mais as perdas do ressonador.

De acordo com o autor correspondente Yong Zhang, professor de física na Universidade de Nanjing, "o Janus OPO reduz em grande parte a perda do ressonador por meio do design da imagem e melhora a eficiência e a pureza do feixe LG de saída". O modo LG de saída tem um comprimento de onda ajustável entre 1,5 μm e 1,6 μm, com uma eficiência de conversão acima de 15%, uma carga topológica controlável de até 4 e uma pureza de modo de até 97%. Zhang observa: "A eficiência do OPO pode ser melhorada com a passagem dupla da luz da bomba, e a banda de comprimento de onda do feixe LG de saída tem o potencial de se expandir para visível e ultravioleta, oferecendo uma ferramenta poderosa para explorar a interação entre LG feixes e matéria, para aplicações potenciais como imagens de super-resolução baseadas em microscopia de depleção por emissão estimulada (STED) e detecção de rotação precisa."

De acordo com Dunzhao Wei, professor associado da Escola de Física da Universidade Sun Yat-Sen e primeiro autor do relatório, "o esquema de Janus OPO pode ser expandido ainda mais para saída de feixe vetorial e geração de fótons LG emaranhados, direções que desempenharão um papel importante funções em áreas como interação spin-órbita de conjunto atômico, fabricação de laser e fontes quânticas de alto emaranhamento."

Leia o artigo Gold Open Access de D. Wei et al., "Geração de modos Laguerre-Gaussianos de alta eficiência, alta pureza e banda larga a partir de um oscilador óptico paramétrico Janus", Adv. Fóton. Nexo