(a) Imagem SEM de uma matriz NR com uma lacuna de 50 nm na direção do eixo longo (Gy) e uma lacuna de 300 nm na direção do eixo curto (Gx). A barra de escala horizontal representa 200 nm. A inserção mostra um único NR desta matriz, que tem um comprimento (L) de 445 nm e uma largura (W) de 120 nm. A barra de escala vertical representa 100 nm. (b) A transmissão experimental (círculos vermelhos) do arranjo NR em função da potência de entrada com a polarização de excitação de 18 ° em relação ao eixo longo do NR. A profundidade de modulação Md e a transmissão típica Tt são definidas a partir dos acessórios correspondentes (curva azul). A transmissão é normalizada para o valor da lâmina de vidro em branco próxima. (c) Potência de excitação experimental e transmissão não linear dependente da polarização de uma matriz de NRs. (d) O esquema de laser de fibra ultrarrápido construído em casa que integra NRs litográficos como absorvedor saturável, onde LD representa diodo laser, Multiplexação por divisão de comprimento de onda WDM, Fibra dopada com érbio EDF, Isolador óptico ISO, Controlador de polarização de PC, C1, 2 colimadores e O1, 2 objetivos. (e) Trem de pulso mostrado no osciloscópio em resumo (300 ns, painel inferior) e longo (10 ms, painel superior) intervalos de tempo. Crédito:por Jiyong Wang, Aurelien Coillet, Olivier Demichel, Zhiqiang Wang, Davi Rego, Alexandre Bouhelier, Philippe Grelu e Benoit Cluzel
As metassuperfícies plasmônicas são lâminas artificiais 2-D de células unitárias plasmônicas repetidas em uma matriz de sub comprimento de onda, que dão origem a propriedades de onda inesperadas que não existem na natureza. No regime linear, suas aplicações na manipulação de frente de onda para lentes, holografia ou controle de polarização têm sido intensamente estudados. Contudo, aplicações no regime não linear raramente foram relatadas. Considerando a crescente demanda por absorvedores saturáveis - uma classe especial de dispositivos não lineares em que a transparência (ou absorção) depende da intensidade da luz - para lasers ultrarrápidos e circuitos neuromórficos, cientistas da França, A China e o Brasil desenvolveram metassuperfícies plasmônicas proporcionando uma absorção saturável notavelmente eficiente que pode ser ajustada com a polarização da luz.
Em um novo artigo publicado em Light:Ciência e Aplicações , cientistas do Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, na Université Bourgogne - Franche-Comté, França; do Laboratório Chave de Micro / Nano Fabricação e Caracterização 3-D da Província de Zhejiang, Escola de engenharia, Westlake University, China; e colegas de trabalho do Departamento de Eletrotecnologia, Instituto Federal da Bahia, Brasil, empregou nanotecnologias planas para fabricar metassuperfícies plasmônicas 2-D com o tamanho preciso, lacuna e orientação e, portanto, modo plasmônico bem controlado que contrapartes quimicamente sintetizadas dificilmente manipulam. A absorção saturável não linear sob intenso bombeamento a laser foi sistematicamente investigada alterando a potência de excitação, a polarização e os parâmetros geométricos das metassuperfícies plasmônicas. A ligação entre a absorção saturável polarimétrica e a paisagem plasmônica das metassuperfícies foi quantificada. Mais interessante, os pesquisadores implementaram as metassuperfícies saturáveis em uma arquitetura de cavidade de laser de fibra e alcançaram uma geração de pulso de laser ultracurto de autoinicialização estável.
Eles investigaram diferentes paisagens plasmônicas, como nanobastões, nanocrosses e nanorings como absorvedores saturáveis para gerar pulsos de laser ultrarrápidos. Notavelmente, eles mediram a profundidade de modulação da absorção saturável de tais metassuperfícies plasmônicas de até 60%. "Essas profundidades de alta modulação são incomuns, especialmente para metassuperfícies finas:uma comparação entre absorvedores 2-D-saturáveis mostra que a profundidade de modulação máxima relatada é inferior a 11%, e um estudo semelhante com nanobastões de ouro coloidal relata uma profundidade de modulação de apenas cerca de 5%. Um SESAM (espelho absorvedor saturável de semicondutor) típico pode apresentar uma profundidade de modulação superior a 30%, mas de um dispositivo muito mais espesso, "Prof. Grelu disse.
"O ponto chave é encontrar a relação quantitativa entre a absorção não linear e os modos plasmônicos específicos e isso só pode ser alcançado usando nanotecnologias planas para fabricar as metassuperfícies plasmônicas, e. g. litografia de feixe de elétrons, em vez de simplesmente revestir por rotação as nanopartículas coloidais na fibra ou mergulhar a fibra nas soluções de nanopartículas, "Dr. Cluzel disse.
Ao integrar as metassuperfícies plasmônicas dentro de uma seção de espaço livre da arquitetura do laser de fibra, os pesquisadores finalmente obtiveram uma operação de laser bloqueada de modo de autoinicialização estável. A duração típica de um único pulso de soliton é 729 fs, com uma grande relação sinal-ruído de 75 dB no domínio da radiofrequência.
"Validamos a absorção saturável como uma propriedade ótica não linear geral das nanoestruturas metálicas, um fenômeno bem conhecido para semicondutores. Mais importante, demonstramos uma aplicação promissora para plasmônicos não lineares, um método ao qual a maioria dos estudos relacionados prestou pouca atenção, "Dr. Jiyong Wang acrescentou.
