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Mar 29, 2023

Kohärentes Phonon

7. März 2023 Dieser Artikel

7. März 2023

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von Zhang Nannan, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Mithilfe ultraschneller zeitaufgelöster Pumpdetektionstechnologie haben Forscher unter der Leitung von Prof. Sheng Zhigao von den Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften die Frequenzdoppelbrechungsmodulation im Gigahertz (GHz)-Bereich realisiert, die durch ultraschnelle kohärente Phononen in Strontiumtitanat induziert wird (SrTiO3)-Kristalle.

Den Forschern zufolge lag die Betriebsfrequenz deutlich höher als die Grenzfrequenz der kommerziell erhältlichen photoelastischen Modulatoren.

Die Studie wurde in Advanced Science veröffentlicht.

Ein spezielles Material mit Doppelbrechung kann Licht formen. Der auf der Doppelbrechungsmodulationstechnologie basierende photoelastische Modulator ist eine der Kernkomponenten der modernen optischen Technologie. Gegenwärtig nutzen die meisten photoelastischen Modulatoren die von piezoelektrischen Materialien bereitgestellte mechanische Spannung, um photoelastische Kristalle anzutreiben und so eine Doppelbrechungsmodulation zu erreichen. Ihre Betriebsfrequenz ist durch die Resonanzfrequenz photoelastischer/piezoelektrischer Kristalle begrenzt, die im Allgemeinen in der Größenordnung von Kilohertz (kHz) liegt. . Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung doppelbrechender Materialien und Modulationstechniken mit GHz-Betriebsfrequenz.

„Wir haben den optischen Doppelbrechungseffekt im GHz-Bereich gefunden, der durch ultraschnelle kohärente Phononen in Perowskit-SrTiO3-Kristallen induziert wird, und ihn optisch manipuliert“, sagte Sheng Zhigao, korrespondierender Autor der Studie, „unter Verwendung des ultraschnellen Pump-Probe-Systems in unserem magnetooptischen Labor mit hohem Magnetfeld.“ ."

Zunächst verwendeten sie ultraschnelle Laserpulse, um kohärente akustische Phononen mit geringer Dämpfung in der Wandler/SrTiO3-Heterostruktur zu erzeugen.

Nach der Untersuchung einer Reihe von Materialien stellten sie fest, dass dünne LaRhO3-Halbleiterfilme als Wandler relativ hohe Photonen-Phonon-Energieumwandlungseffizienzen erzielen konnten.

Dann wurde in der optimierten Heterostruktur festgestellt, dass ultraschnelle kohärente akustische Phononen in spannungsempfindlichen SrTiO3-Kristallen optische Doppelbrechung mit GHz-Frequenz induzieren können.

Darüber hinaus realisierten die Forscher die optische Manipulation kohärenter Phononen und deren induzierte GHz-Doppelbrechung mithilfe einer Doppelpumpentechnik.

Diese Entdeckung enthüllt einen Mechanismus der ultraschnellen optischen Doppelbrechungsmodulation und liefert eine technische Grundlage für die Anwendung von akusto-optischen Hochfrequenz-GHz-Geräten.

Mehr Informationen: Tao Sun et al, Kohärente Phonon-induzierte optische Gigahertz-Doppelbrechung und ihre Manipulation in SrTiO 3, Advanced Science (2023). DOI: 10.1002/advs.202205707

Zeitschrifteninformationen:Fortgeschrittene Wissenschaft

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften