banner
Апр 28, 2020
70 Просмотров

Новый лазер с метаслойной поверхностью создает первый в мире сверххиральный свет

New metasurface laser produces world's first super-chiral light

Исследователи продемонстрировали первый в мире лазер с метаслойной поверхностью, который генерирует «суперхиральный свет»: свет с ультравысоким угловым моментом. Свет от этого лазера может использоваться как тип «оптического гаечного ключа» для или для кодирования информации в оптических коммуникациях.

“Поскольку свет может нести момент импульса, это означает, что его можно передать веществу. Чем больше световой импульс, который несет свет, тем больше он может передать. Таким образом, вы можете думать о свете как о «оптическом гаечном ключе», – профессор Эндрю Форбс из Школы физики в Университете Витватерсранда (Витс) в Йоханнесбурге, Южная Африка, исследование. «Вместо того, чтобы использовать физический гаечный ключ для закручивания вещей (например, завинчивание гаек), теперь вы можете зажечь свет на гайке, и она затянется сама».

Новый лазер генерирует новый «скрученный свет» высокой чистоты, ранее не наблюдавшийся от лазеров, включая самый высокий угловой момент, зарегистрированный лазером. Одновременно исследователи разработали наноструктурированную метаповерхность, которая имеет самый большой из когда-либо созданных фазовых градиентов и позволяет работать в условиях высокой мощности в компактной конструкции. Это первый в мире лазер для создания экзотических состояний витого структурированного света по требованию.

Nature Photonics сегодня опубликовал в Интернете исследование, которое было сделано в виде сотрудничество между Витсом и Советом по научным и промышленным исследованиям (CSIR) в Южной Африке, Гарвардским университетом (США), Национальным университетом Сингапура (Сингапур), Vrije Universiteit Brussel (Бельгия) и CNST – Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia Via Giovanni Pascoli (Италия).

В своей статье под названием: «Высокочистые состояния углового момента орбиты от видимого метасовременного лазера». Исследователи демонстрируют новый лазер для создания любого желаемого кирального состояния света с полным контролем обоих компонентов света по угловому моменту (AM), спина (поляризации) и орбитального углового момента (OAM) света.

Конструкция лазера стала возможной благодаря полному контролю красный от новой нанометровой (1000 раз меньше, чем ширина человеческого волоса) метасоверхность – разработанная Гарвардская группа – внутри лазера. Метасоверхность состоит из множества крошечных стержней из наноматериала, которые изменяют свет при прохождении. Много раз свет проходит через поверхность метазона, каждый раз получая новый поворот.

«Что делает Особенность заключается в том, что для света материал обладает свойствами, которые невозможно найти в Природе, и поэтому его называют «метаматериалом» – вымышленным материалом, поскольку структуры были настолько малы, что появляются только на поверхности, образуя метасоверхность. “

Результатом является генерация новых форм кирального света, не наблюдаемых в лазерах до настоящего времени, и завершенных контроль хиральности света в источнике, закрытие открытого вызова.

«Существует сильный импульс в момент, чтобы попытаться контролировать киральную материю с помощью скрученного света, и чтобы это работало, вам нужен свет с очень сильным изгибом: супер-хиральный свет », – говорит Форбс. Различные отрасли промышленности и области исследований нуждаются в сверххиральном освещении для улучшения своих процессов, в том числе в пищевой, компьютерной и биомедицинской отраслях.

«Мы можем использовать этот тип света для оптического привода, когда физические механические системы не будут работать, например, в микрожидкостных системах для управления потоком», – говорит Форбс. «Используя этот пример, цель состоит в том, чтобы проводить лекарство на чипе, а не в большой лаборатории, и его обычно называют« лаборатория на чипе ». Поскольку все мелкое, для управления используется свет: перемещать вещи и сортировать вещи, такие как хорошие и плохие ячейки. Скрученный свет используется, чтобы управлять микро-механизмами, чтобы запустить поток, и имитировать центрифуги со светом. “

Хиральный вызов

«Хиральность» – это термин, часто используемый в химии для описания соединений которые найдены как зеркальные отражения друг друга. Эти соединения имеют «направленность» и могут рассматриваться как правосторонние или левосторонние. Например, лимонный и апельсиновый ароматизаторы являются одним и тем же химическим соединением, но отличаются только их «протяженностью».

Свет также является киральным, но имеет две формы: спин (поляризация) и ОАМ. Spin AM похож на планеты, вращающиеся вокруг своей оси, в то время как OAM похож на планеты, вращающиеся вокруг Солнца.

«Контроль хиральности света в источнике является сложной задачей и очень актуален из-за множества приложений, которые требуют его, от оптического контроля кирального вещества до метрологии и связи», – говорит Форбс. «Полный киральный контроль подразумевает контроль полного углового момента света, поляризации и OAM.»

Из-за проектные ограничения и препятствия реализации, только очень небольшое подмножество киральных состояний было произведено до настоящего времени. Изобретенные схемы были разработаны для управления спиральностью (комбинацией вращения и линейного движения) пучков ОАМ, но они также остаются ограниченными этим симметричным набором мод. До сих пор не было возможности записать желаемое киральное состояние света и заставить его производить лазер.

Лазер метасоверхностный

Лазер использовал метасоверхность, чтобы наполнить свет сверхвысоким угловым моментом, придав ему беспрецедентный «поворот» в его фаза, в то же время контролируя поляризацию. Посредством произвольного управления угловым моментом стандартная симметрия спин-орбиты может быть нарушена, чтобы первый лазер обеспечил полное управление угловым моментом света в источнике.

Метасоверхность была построена из тщательно обработанных наноструктур для получения желаемого эффекта и является самой экстремальной структурой ОАМ, которая была изготовлена ​​на сегодняшний день, с самым высоким из всех зарегистрированных фазовых градиентов. Нанометровое разрешение метасоверхности сделало возможным создание высококачественного вихря с низкими потерями и высоким порогом повреждения, что делает возможным использование лазера.

В результате был получен лазер, который мог воздействовать на состояния ОАМ 10 и 100 одновременно для самого высокого зарегистрированного AM от лазера на сегодняшний день. В особом случае, когда метасоверхность настроена на создание симметричных состояний, лазер затем генерирует все предыдущие состояния ОАМ, сообщаемые от нестандартных структурированных световых лазеров.

Идти вперед

«Что нам особенно интересно, так это наш подход, пригодный для многих лазерных архитектур. Например, мы могли бы увеличить объем усиления и размер метасоверхности, чтобы получить объемный лазер для мощных лазеров, или мы могли бы сжать систему до микросхемы с использованием монолитной конструкции с метасоверхностью », – говорит Форбс.

“В обоих случаях режим генерации будет контролироваться поляризацией насоса, не требуя внутрирезонаторных элементов, кроме самой метасоверхности. Наша работа представляет важный шаг на пути к объединению исследований в области массовых лазеров с исследованиями на чипах ».


Article Tags:
Article Categories:
Интересно
banner

Добавить комментарий

105