Слободна шупљина Фабри-Перот

Недавно је Натуре Цоммуницатионс објавио значајан истраживачки рад фотонике. Истраживачки тим са ЦРЕОЛ колеџа за оптику и фотонику на Универзитету Централне Флориде и других институција иновативно је предложио и експериментално реализовао Фабри-Перот (ФП) шупљину без резонанце.

Коришћењем холографске фазне маске унутар шупљине за манипулисање орбиталним угаоним моментом (ОАМ) светлосних зрака, студија постиже неограничену постепену ескалацију Лагуер-Гаусс (ЛГ) режима. Овај приступ суштински разбија дискретну резонанцу карактеристичну за традиционалне оптичке резонаторе, стварајући нову оптичку шупљину која је скоро имуна на пертурбације дужине шупљине. Отвара потпуно нове путеве за високо стабилно оптичко сенсирање, структуриране светлосне ласере и нехермитска истраживања фотонике.

1. Позадина истраживања и постојећи изазови Традиционална Фабри-Перот (ФП) резонантна шупљина је основни уређај у ласерској технологији, оптичкој прецизности, квантној оптици и детекцији фотона. Међутим, он поседује инхерентна и неизбежна ограничења:

1. Генерише само резонантне пикове на неколико специфичних таласних дужина, што резултира уским радним опсегом.

2. Изузетно је осетљив на варијације дужине кавитета; вибрације и температурне флуктуације узрокују померање резонантне таласне дужине, смањујући прецизност сензора и стабилност ласера.

Претходни покушаји да се побољшају перформансе путем дисперзијског инжењеринга и обликовања оптичког поља унутар шупљине нису успели да суштински елиминишу зависност дужине шупљине и дискретну резонанцу, што је у великој мери ограничавало практичне примене.2. Основни иновативни дизајн и принцип рада Ово истраживање се одваја од конвенционалног пута модификовања резонатора кроз регулацију дисперзије. Уместо тога, иновативно почиње са просторном манипулацијом оптичког поља и суштински елиминише резонанцију из физичког механизма.

Истраживачки тим је интегрисао холографску фазну маску (ХПМ) унутар компактне планарне ФП шупљине као основни елемент за конверзију режима. Он напушта уобичајене Хермите-Гаусс (ХГ) модове и усваја Лагуерре-Гаусс (ЛГ) модове који носе орбитални угаони момент (ОАМ) као основу ширења.

ЛГ модови вишег реда генерисани током еволуције имају инхерентну ортогоналност, која разбија кохерентни услов интерференције вишеструких зрака у шупљини. Дискретни резонантни врхови конвенционалних шупљина су потпуно потиснути, омогућавајући шупљини да постигне потпуно раван, широкопојасни спектрални одзив без резонанце.

Кључне разлике између ова два режима:

1. ХГ режим: Једна компонента може да прелази само између два фиксна режима, не може да постигне континуирану ескалацију наруџбине, тако да се резонанција не може елиминисати.

2. ЛГ-ОАМ режим: Континуирана ескалација свих модалних налога може се реализовати са само једном фазном маском, са једноставном структуром и лаком интеграцијом.

3. Експериментални резултати и главни детаљи Тим је произвео холографску фазну маску користећи фототерморефрактивно стакло и реализовао конверзију широкопојасног режима преко запреминских Брегових решетки. Просечна ефикасност конверзије ЛГ модова прелази 87,5% са ниским фазним изобличењем, омогућавајући ортогонално ширење модова високог реда.

Експериментално поређење показује да традиционалне ФП шупљине показују дискретне резонантне пикове и да се њихов спектар значајно помера са било којом променом дужине шупљине. Насупрот томе, нова шупљина без резонанције потпуно елиминише резонантне врхове, представљајући раван спектрални одговор у складу са улазним спектром. Одржава стабилне перформансе чак и када дужина шупљине варира у распону од 350%, показујући одличну отпорност на спољашње пертурбације. Када се убризгава Гаусова светлост, ЛГ модови до 19. реда могу бити узбуђени без генерисања резонанције било ког реда, што у потпуности потврђује ефикасност механизма без резонанце.