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Jun 16, 2023

分極

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10338 (2023) この記事を引用 613 アクセス メトリクスの詳細 液晶空間光変調器を使用した動的位相限定ビーム整形は、強力な

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10338 (2023) この記事を引用

613 アクセス

メトリクスの詳細

液晶空間光変調器を使用した動的位相限定ビーム整形は、ビームの強度プロファイルまたは波面を調整するための強力な技術です。 ライトフィールドの形成と制御は高度に研究されているテーマですが、動的非線形ビーム形成はこれまでほとんど研究されていません。 考えられる理由の 1 つは、第 2 高調波の生成が同じ周波数で 2 つの磁場を混合するため、退化プロセスであることです。 この問題を克服するために、2 つのフィールドを区別するための制御メカニズムとしてタイプ II 位相整合の使用を提案します。 私たちの実験は、線形ビーム整形と同じ品質で、ビーム整形なしの場合と同様の変換効率で、周波数変換フィールド内で任意の強度の分布を整形できることを示しています。 私たちは、この方法が紫外スペクトル範囲での動的な位相限定ビーム整形を容易にすることで、液晶ディスプレイの物理的限界を超えるビーム整形に向けたマイルストーンとなることを構想しています。

1960 年代初頭の最初の動作レーザー 1 は、現代光学における多くの研究分野の夜明けでしたが、その基本的な効果の一部はすでに数十年前に理論的に実証または提案されていました。 ホログラフィーと非線形光学は互いに独立して出現しましたが、どちらの分野も新しい光源の高コヒーレンスと高出力の恩恵を受けました。

ホログラフィーは光波の干渉に基づいており、位相と振幅の情報を組み込んで写真の枠を超えています。 液晶空間光変調器 (LC-SLM) を使用した動的位相限定ビーム整形は、ビームの強度分布を任意に制御するためのホログラフィーから生まれた方法であり、研究 2、3、4 および産業 5、6、7 で多くの用途に使用されています。 この方法は波面を変調するだけなので、大きな損失はありません。 欠点として、液晶ディスプレイは技術的に可視、近赤外、中赤外のスペクトル範囲に制限されています。 第 2 高調波発生や和周波発生などの周波数変換プロセスは、衝突する基本波の位相を維持するコヒーレントなプロセスであるため、これは克服できない問題ではありません。 非線形光学とホログラフィーを組み合わせることで、周波数変換されたフィールドで目標の結果を達成しながら、基本でライトフィールドを形成することが可能になります。 両方の研究分野を組み合わせることができますが、非線形ホログラフィーの概念は現在出現したばかりです。

ヤリブ氏は数十年前に、四光波混合がホログラフィックの記録と再構成として解釈できることを示し、それをリアルタイムホログラフィの実現に使用することを提案しました8。 このプロセスでは、フィールド間の相互作用は、あるフィールドが別のフィールドの成形パターンによって回折されたものとして解釈できます。 一方、特異点9,10、軌道またはスピン角運動量および渦ビーム11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22の保存のための構造化光の非線形変換に関する多くの研究が続いた。 23、24。 ここでは、構造化光の非線形変換の物理原理が十分に研究されており、いくつかの研究では、非線形変換の制御メカニズムとして、偏光 19,25,26、異なる波長 15,17,18 または非共線幾何学形状 20 などのビーム特性を使用しています。光渦の。 Buono と Forbes によって出版された最近のレビュー論文では、構造化光を使用した非線形光学の概要が説明されています 27。

現在、非線形ホログラフィーには 2 つの主要なアプローチがあります。1 つは非線形結晶を直接構造化する方法、もう 1 つは結晶内に LC-SLM の平面をイメージングする方法です。

非線形結晶の 3D 構造化により、出現するライト フィールドの波面を形成する非線形感受率が変調されます。 このような要素は、非線形感受率の変調がビームの生成と伝播に影響を与えるため、非線形フォトニック結晶と呼ばれます28、29、30、31、32、33、34。 非線形結晶 35、構造化光 36,37 またはプラズモニックメタ表面 38,39 と組み合わせた構造化要素におけるバイナリホログラムの実証があります。 このような 3D 構造の非線形結晶は体積ホログラムまたはフェーズド アレイとして機能し、理論的には薄いホログラムとしてより多くの自由度を与えます。 これらの実装は技術的に難しいため、設計の自由度はこれまでのところ大幅に制限されており、さらに静的なソリ​​ューションのみが可能です。 このような実際的な制限により、実現が容易な薄いホログラムが検討されるようになりました。