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Apr 29, 2023

Erzeugung von Farbe

Effiziente Entwicklung von einem grundlegenden Pumpmodus zu einem

Die effiziente Entwicklung von einem grundlegenden Pumpmodus zu einem gewünschten parametrischen Modus eröffnet neue Möglichkeiten für die optische Kommunikation mit hoher Kapazität und mehr

SPIE – Internationale Gesellschaft für Optik und Photonik

Bild: Diagramm des optischen parametrischen Janus-Oszillators.mehr sehen

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

Laguerre-Gauß-Moden (LG) sind eine Art Lichtwelle, die das äußere Drehmoment von Photonen übertragen kann, wenn sie sich durch den Raum bewegen. Sie sind in vielen Bereichen nützlich, von der optischen Kommunikation bis zur hochauflösenden Bildgebung. Fortschrittliche Entwicklungen in diesen und anderen Anwendungen erfordern zuverlässige und farblich abstimmbare LG-Mode-Laserquellen, die es noch nicht gibt.

Ein optisch parametrischer Oszillator (OPO) ist ein Gerät, das einen in der Wellenlänge abstimmbaren Laserstrahl erzeugen kann. Daher wurde er zur Realisierung einer farbabstimmbaren LG-Laserquelle verwendet – im Allgemeinen auf eine von zwei Arten. Eine Möglichkeit besteht darin, einen regulären Strahl mithilfe einer Phasenkomponente außerhalb des OPO in einen LG-Strahl umzuwandeln. Dadurch wird der LG-Strahl jedoch weniger rein. Die andere Möglichkeit besteht darin, den Resonatormodus höherer Ordnung zu nutzen, um LG direkt an der Quelle zu erzeugen. Dies ist jedoch noch in Arbeit.

Wie in Advanced Photonics Nexus berichtet, hat ein Team der Nanjing University und der Sun Yat-Sen University kürzlich ein zweiseitiges „Janus“-OPO-Schema zur Erzeugung hocheffizienter, hochreiner Breitband-LG-Modi mit abstimmbarer topologischer Ladung entwickelt. Der Janus-Resonator besteht aus zwei Hohlraumspiegeln, einem periodisch gepolten Lithiumniobat-Kristall, einem Faraday-Rotator, einer Viertelwellenplatte und einer Vektorwirbelwellenplatte. Im Gegensatz zu früheren Intracavity-Moduskonvertierungsschemata, die nur auf Selbstreproduktionen der Phase und Polarisation basieren, führt der Janus OPO ein zusätzliches Abbildungssystem in den Resonator ein, um die Selbstreproduktion komplexer Wellenfronten zu unterstützen, was die Leistung des LG OPO erheblich verbessert.

Der Janus-Hohlraummodus besteht aus zwei verschiedenen Modi, die sich überschneiden. Der Modus am vorderen Ende des Resonators ist ein Gauß-ähnliches Muster, das besser an das Gauß-Pumplicht angepasst werden kann, um eine hohe Verstärkung zu erzielen. Am Ausgangsende geht der Hohlraummodus allmählich und reibungslos in einen Standard-LG-Modus über, der eine hochreine LG-Strahlausgabe gewährleistet und den Beugungsverlust wirksam reduziert. Andererseits bildet die Rekonstruktion der Intensitätsverteilung während des Bildgebungsprozesses aktiv einen hochreinen LG-Modus – und nicht eine passive Modusfilterung – was die Resonatorverluste weiter reduziert.

Laut korrespondierendem Autor Yong Zhang, Professor für Physik an der Universität Nanjing, „reduziert der Janus OPO den Verlust des Resonators durch bildgebendes Design erheblich und verbessert die Effizienz und Reinheit des Ausgangs-LG-Strahls.“ Der LG-Ausgangsmodus hat eine einstellbare Wellenlänge zwischen 1,5 μm und 1,6 μm, mit einem Umwandlungswirkungsgrad von über 15 Prozent, einer steuerbaren topologischen Ladung von bis zu 4 und einer Modusreinheit von bis zu 97 Prozent. Zhang bemerkt: „Die Effizienz des OPO kann durch die doppelte Durchleitung des Pumplichts weiter verbessert werden, und das Wellenlängenband des ausgegebenen LG-Strahls hat das Potenzial, sich auf sichtbares und ultraviolettes Licht auszudehnen, was ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erforschung der Wechselwirkung zwischen LG darstellt.“ Strahlen und Materie für potenzielle Anwendungen wie hochauflösende Bildgebung auf der Grundlage der STED-Mikroskopie (Stimulated Emission Depletion) und präzise Rotationserfassung.

Laut Dunzhao Wei, außerordentlicher Professor an der Fakultät für Physik der Sun Yat-Sen-Universität und Erstautor des Berichts: „Das Schema von Janus OPO kann weiter auf die Ausgabe von Vektorstrahlen und die Erzeugung verschränkter LG-Photonen ausgeweitet werden, Richtungen, die eine wichtige Rolle spielen werden.“ Rollen in Bereichen wie der Spin-Bahn-Wechselwirkung von Atomensembles, der Laserherstellung und Quantenquellen mit höherer Verschränkung.

Lesen Sie den Gold Open Access-Artikel von D. Wei et al., „Generation of high-efficiency, high-purity, and broadband Laguerre-Gaussian Modes from a Janus Optical Parametric Oscillator“, Adv. Photon. Nexus2(3) 036007 (2023), doi 10.1117/1.APN.2.3.036007.

Fortschrittlicher Photonik-Nexus

Erzeugung hocheffizienter, hochreiner und breitbandiger Laguerre-Gauß-Moden aus einem optischen parametrischen Janus-Oszillator

21.04.2023

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