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Nov 10, 2023

색상의 생성

기본 펌프 모드에서

기본 펌프 모드에서 원하는 파라메트릭 모드로 효율적으로 발전하면 대용량 광통신 등을 위한 새로운 가능성이 열립니다.

SPIE--국제 광학 및 포토닉스 협회

이미지: Janus 광 파라메트릭 발진기의 다이어그램.더보기

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

LG(Laguerre-Gaussian) 모드는 공간을 통해 이동할 때 광자의 외부 토크를 전달할 수 있는 일종의 광파입니다. 이는 광통신에서 초고해상도 이미징에 이르기까지 다양한 분야에서 유용합니다. 이러한 응용 분야와 기타 응용 분야의 고급 개발에는 아직 존재하지 않는 안정적이고 색상 조정이 가능한 LG 모드 레이저 소스가 필요합니다.

OPO(Optical Parametric Oscillator)는 파장 가변 레이저 빔을 생성할 수 있는 장치이므로 일반적으로 두 가지 방법 중 하나로 색상 가변 LG 레이저 광원을 구현하는 데 사용됩니다. 한 가지 방법은 OPO 외부의 위상 성분을 사용하여 일반 빔을 LG 빔으로 변경하는 것이지만, 이로 인해 LG 빔의 순수성이 떨어집니다. 다른 방법은 고차 공진기 모드를 활용하여 소스에서 직접 LG를 생성할 수 있도록 하는 것이지만 이는 현재 진행 중인 작업입니다.

Advanced Photonics Nexus에 보고된 바와 같이, 난징 대학교와 Sun Yat-Sen 대학교 팀은 최근 조정 가능한 토폴로지 전하를 갖춘 고효율, 고순도 광대역 LG 모드를 생성하기 위한 양면 "Janus" OPO 방식을 개발했습니다. Janus 공진기는 두 개의 공동 거울, 주기적으로 극성을 갖는 리튬 니오베이트 결정, 패러데이 회전자, 1/4 파장판 및 벡터 소용돌이 파장판으로 구성됩니다. 위상 및 편광의 자체 재생에만 기반을 둔 이전의 공동 내 모드 변환 방식과 달리 Janus OPO는 공진기에 추가 이미징 시스템을 도입하여 복잡한 파면의 자체 재생을 지원하므로 LG OPO 성능이 크게 향상됩니다.

야누스 캐비티 모드는 교차하는 두 가지 모드로 구성됩니다. 공진기 프런트 엔드의 모드는 가우스와 유사한 패턴으로, 가우스 펌프 광과 더 잘 일치하여 높은 이득을 얻을 수 있습니다. 출력 끝에서 캐비티 모드는 표준 LG 모드로 점진적이고 원활하게 발전하여 고순도 LG 빔 출력을 보장하고 회절 손실을 효과적으로 줄입니다. 반면, 이미징 프로세스 중 강도 분포를 재구성하면 수동 모드 필터링이 아닌 고순도 LG 모드가 적극적으로 형성되어 공진기 손실이 더욱 감소됩니다.

교신저자인 난징대학교 물리학과 교수인 Yong Zhang에 따르면, "Janus OPO는 이미징 설계를 통해 공진기의 손실을 크게 줄이고 출력 LG 빔의 효율성과 순도를 향상시킵니다." 출력 LG 모드는 1.5μm~1.6μm 사이에서 조정 가능한 파장을 가지며, 변환 효율은 15% 이상, 제어 가능한 토폴로지 전하는 최대 4, 모드 순도는 97%에 이릅니다. Zhang은 "펌프 광을 이중 통과시킴으로써 OPO의 효율성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 출력 LG 빔의 파장 대역은 가시광선과 자외선으로 확장될 가능성이 있어 LG 간의 상호 작용을 탐색할 수 있는 강력한 도구를 제공합니다"라고 말했습니다. STED(유도방출감소) 현미경 및 정밀 회전 감지를 기반으로 한 초고해상도 이미징과 같은 잠재적인 응용 분야를 위한 빔 및 물질입니다."

Sun Yat-Sen 대학교 물리학과 부교수이자 보고서의 첫 번째 저자인 Dunzhao Wei에 따르면, "Janus OPO의 계획은 벡터 빔 출력 및 얽힌 LG 광자 생성으로 더욱 확장될 수 있으며, 이는 중요한 역할을 할 방향입니다. 원자 앙상블 스핀-궤도 상호 작용, 레이저 제조 및 더 높은 얽힘 양자 소스와 같은 분야에서 역할을 수행합니다."

D. Wei 등의 Gold Open Access 기사, "Janus 광 파라메트릭 발진기에서 고효율, 고순도 및 광대역 Laguerre-Gaussian 모드 생성" Adv. 광자. 연결점