Uma nova publicação da Avanços Opto-Eletrônicos discute a manipulação espaço-temporal de pulsos de luz de femtossegundos para dispositivos on-chip.
Com o desenvolvimento de dispositivos nanofotônicos altamente integrados, os pesquisadores começaram a buscar novos métodos de manipulação flexível dos sinais de luz no chip em escala espacial extremamente pequena (por exemplo, nanômetro) e escala temporal ultrarrápida (por exemplo, femtosegundo). O controle de sinais ópticos em escalas de nanômetros e femtossegundos não apenas fornece insights fundamentais sobre a dinâmica ultrarrápida da interação entre luz e matéria, mas também oferece uma plataforma eficaz para processamento de sinal ultrarrápido de alta eficiência em dispositivos nanofotônicos integrados e detecção óptica e imagem com resolução superespacial. Assim, a pesquisa de manipulação de campo de luz espaço-temporal é de grande importância e pode ser amplamente aplicada nas áreas de circuitos fotônicos, processamento de informações fotônicas, processamento de informações quânticas, computação neuromórfica e inteligência artificial e medição de frente de onda óptica ultrarrápida.

Para a modulação espacial da luz em nanoescala, nos últimos anos, alguns novos dispositivos ópticos, como metamateriais e metasuperfícies, foram rapidamente desenvolvidos para controlar com precisão o comportamento do campo óptico em micro e nanoescala. Por exemplo, a propagação de sinais ópticos pode ser modulada para uma trajetória curva como o feixe Airy. Para a modulação no domínio do tempo, os métodos tradicionais, incluindo equipamentos controlados dinamicamente (como SLM) ou materiais controlados ativamente (como materiais eletro-ópticos), sofrem com o tempo de resposta limitado dos materiais e não são adequados para modulação ultrarrápida de femtossegundos. pulsos de luz.

Recentemente, com o desenvolvimento da tecnologia de modelagem de pulso, a modulação no domínio da frequência tornou-se gradualmente o principal meio de modulação ultrarrápida em pulsos de femtossegundos. Ao combinar o método de modulação no domínio da frequência com as micro/nanoestruturas projetadas, espera-se alcançar a geração e manipulação do campo de luz em escalas de nanômetros e femtossegundos, criando muitos novos campos de luz espaço-temporais e expandindo novas aplicações.

Os autores deste artigo propõem um novo método para manipular a propagação no chip de um pulso de luz de femtossegundos com base na transformada de Fourier espaço-temporal (FT). Ao combinar o método de modulação no domínio da frequência com o método de modulação espacial, eles descobriram que a distribuição espacial do campo de luz pode ser organizada regulando o domínio espacial FT com uma estrutura de nanofocagem no chip e a modelagem de frente de onda ultrarrápida de pulsos de femtossegundos em o domínio do tempo pode ser realizado ajustando o FT temporal com o efeito de dispersão da luz. Finalmente, o FT espaço-temporal pode ser sincronizado para manipular as propriedades de propagação no chip de pulsos de femtossegundos no domínio do espaço-tempo.

Para demonstrar esse método de FT espaço-temporal para dispositivos on-chip, eles escolheram polaritons de plasmon de superfície (SPP) excitados em uma superfície de metal como exemplo e estudaram o desempenho da modulação nos pulsos SPP de femtossegundos excitados. Com a capacidade de romper o limite de difração óptica, os SPPs têm sido amplamente empregados em dispositivos nanofotônicos para uma variedade de aplicações, incluindo armazenamento óptico, detecção óptica, pinças ópticas e espalhamento Raman. Além das resoluções espaciais em nanoescala, os pulsos SPP gerados por um laser de femtossegundos permitem resoluções temporais em escala de femtossegundos, fornecendo assim uma plataforma de pesquisa para a manipulação de campos de luz e a interação de luz e matéria em escalas espaço-temporais extremamente pequenas.

Com o método de modulação FT espaço-temporal proposto, eles demonstraram teoricamente alguns efeitos extraordinários de modulação espaço-temporal nos pulsos SPP de femtossegundos. Por exemplo, um foco SPP espacial convencional pode ser gradualmente dobrado em forma de anel, e a direção de propagação de um feixe SPP-Airy curvo pode ser revertida em certos momentos para criar um caminho em forma de S. Comparado com a modulação convencional de SPPs no domínio do espaço ou do tempo, o método proposto oferece potencialmente uma variedade de novos efeitos na modulação SPP especialmente associados ao domínio temporal, melhorando assim o grau de liberdade da modulação óptica e fornecendo uma nova plataforma para on- manipulação espaço-temporal do chip de pulsos ópticos com aplicações que incluem processamento ultrarrápido de informações fotônicas no chip, modelagem ultrarrápida de pulso/feixe e computação óptica. + Explorar mais

Controle multialvo ultrarrápido de campos de luz bem focados