Блог

Jun 16, 2023

поляризация

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 10338 (2023) Цитировать эту статью 613 Доступы Детали метрики Динамическое формирование только фазового луча с помощью жидкокристаллического пространственного модулятора света является мощным

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10338 (2023) Цитировать эту статью

613 Доступов

Подробности о метриках

Динамическое формирование только фазового луча с помощью жидкокристаллического пространственного модулятора света является мощным методом настройки профиля интенсивности или волнового фронта луча. Хотя формирование и управление световым полем является тщательно изученной темой, динамическое нелинейное формирование луча до сих пор почти не исследовалось. Одна из потенциальных причин заключается в том, что генерация второй гармоники является вырожденным процессом, поскольку она смешивает два поля на одной и той же частоте. Чтобы преодолеть эту проблему, мы предлагаем использовать синхронизм типа II в качестве механизма управления для различения двух полей. Наши эксперименты показывают, что в частотно-преобразованном поле можно формировать распределения произвольной интенсивности с тем же качеством, что и при линейном формировании луча, и с эффективностью преобразования, аналогичной эффективности без формирования луча. Мы рассматриваем этот метод как важную веху на пути к формированию луча, выходящему за физические пределы жидкокристаллических дисплеев, путем облегчения динамического формирования только фазового луча в ультрафиолетовом спектральном диапазоне.

Первый действующий лазер в начале 1960-х годов1 стал началом многих исследовательских областей современной оптики, хотя некоторые из его фундаментальных эффектов уже были продемонстрированы или предложены в теории десятилетиями ранее. Голография и нелинейная оптика возникли независимо друг от друга, но обе области выиграли от высокой когерентности и высокой мощности новых источников света.

Голография основана на интерференции световых волн и включает информацию о фазе и амплитуде, выходя за рамки фотографии. Динамическое формирование только фазового луча с помощью жидкокристаллического пространственного модулятора света (LC-SLM) — это метод, появившийся в голографии для произвольного управления распределением интенсивности луча, имеющий множество применений в исследованиях2,3,4 и промышленности5,6,7. Поскольку этот метод модулирует только фронт волны, существенных потерь нет. Недостатком является то, что жидкокристаллические дисплеи технически ограничены видимым, ближним инфракрасным и средним инфракрасным диапазонами спектра. Это не непреодолимая проблема, поскольку процессы преобразования частоты, такие как генерация второй гармоники или генерация суммарной частоты, являются когерентными процессами, которые сохраняют фазу падающей основной волны. Сочетание нелинейной оптики и голографии позволяет формировать световое поле на фундаментальном уровне, одновременно достигая целевого результата в частотно-преобразованном поле. Хотя обе области исследований можно объединить, концепция нелинейной голографии только зарождается.

Десятилетия назад Ярив показал, что четырехволновое смешение можно интерпретировать как голографическую запись и реконструкцию, и предложил использовать его для реализации голографии в реальном времени8. В этом процессе взаимодействие между полями можно интерпретировать как дифракцию одного поля на фигурном рисунке другого поля. Тем временем последовало множество исследований по нелинейному преобразованию структурированного света для сохранения особенностей9,10 и орбитального или спинового углового момента и вихревых пучков11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22, 23,24. Здесь физические принципы нелинейного преобразования структурированного света были хорошо изучены, и в нескольких работах используются такие характеристики луча, как поляризация19,25,26, различные длины волн15,17,18 или неколлинеарная геометрия20 в качестве механизма управления нелинейным преобразованием. оптических вихрей. В недавнем обзоре, опубликованном Буоно и Forbes, представлен обзор нелинейной оптики со структурированным светом27.

В настоящее время существует два основных подхода к нелинейной голографии: непосредственное структурирование нелинейного кристалла или отображение плоскости LC-SLM в кристалле.

Трехмерное структурирование нелинейного кристалла приводит к модуляции нелинейной восприимчивости, которая формирует волновой фронт возникающего светового поля. Такие элементы называются нелинейными фотонными кристаллами, поскольку модуляция нелинейной восприимчивости влияет на генерацию и распространение луча28,29,30,31,32,33,34. Есть демонстрации бинарной голограммы в нелинейном кристалле35, структурированном элементе в сочетании со структурированным светом36,37 или плазмонными метаповерхностями38,39. Такие нелинейные кристаллы с трехмерной структурой действуют как объемные голограммы или фазированные решетки и теоретически дают больше степеней свободы, чем тонкая голограмма. Поскольку их реализация технически сложна, свобода проектирования пока сильно ограничена, кроме того, возможны только статические решения. Такие практические ограничения побуждают рассматривать тонкие голограммы, которые легче реализовать.