Безплатна кухина на Фабри-Перо

Наскоро Nature Communications публикува забележителна изследователска работа в областта на фотониката. Изследователски екип от Колежа по оптика и фотоника CREOL към Университета на Централна Флорида и други институции новаторски предложиха и експериментално реализираха кухина на Фабри-Перо (FP) без резонанс.

Чрез използване на холографска фазова маска в рамките на кухината за манипулиране на орбиталния ъглов импулс (OAM) на светлинните лъчи, изследването постига неограничена постепенна ескалация на реда на режимите на Laguerre-Gauss (LG). Този подход фундаментално нарушава дискретната резонансна характеристика на традиционните оптични резонатори, създавайки нова оптична кухина, която е почти имунизирана срещу смущения в дължината на кухината. Той открива съвсем нови пътища за високостабилни оптични сензори, структурирани светлинни лазери и не-ермитови изследвания на фотониката.

1. Предистория на изследването и съществуващи предизвикателства Традиционната резонансна кухина на Фабри-Перо (FP) е основно основно устройство в лазерната технология, оптичното прецизно отчитане, квантовата оптика и откриването на фотони. Въпреки това, той притежава присъщи и неизбежни ограничения:

1. Той генерира само резонансни пикове при няколко специфични дължини на вълната, което води до тясна работна честотна лента.

2. Изключително чувствителен е към промени в дължината на кухината; вибрациите и температурните колебания причиняват резонансно отклонение на дължината на вълната, влошавайки точността на отчитане и стабилността на лазера.

Предишни опити за подобряване на производителността чрез дисперсионно инженерство и оформяне на оптично поле в рамките на кухината не успяха фундаментално да премахнат зависимостта от дължината на кухината и дискретния резонанс, което значително ограничава практическите приложения.2. Основен иновативен дизайн и принцип на работа Това изследване се откъсва от конвенционалния път на модифициране на резонатори чрез регулиране на дисперсията. Вместо това, той иновативно започва с манипулиране на оптичното поле в пространствен режим и основно елиминира резонанса от физическия механизъм.

Изследователският екип интегрира холографска фазова маска (HPM) в компактна планарна FP кухина като основен елемент за преобразуване на режима. Той изоставя често използваните режими на Ермит-Гаус (HG) и приема режими на Лагер-Гаус (LG), носещи орбитален ъглов импулс (OAM) като основа за разпространение.

LG режимите от по-висок порядък, генерирани по време на еволюцията, се отличават с присъща ортогоналност, която нарушава състоянието на кохерентна интерференция на множество лъчи в кухината. Дискретните резонансни пикове на конвенционалните кухини са напълно потиснати, което позволява на кухината да постигне изцяло плосък широколентов спектрален отговор без резонанс.

Основни разлики между двата режима:

1. Режим HG: Един компонент може да превключва само между два фиксирани режима, неспособни да постигнат непрекъсната ескалация на поръчката, така че резонансът не може да бъде елиминиран.

2. Режим LG-OAM: Непрекъснатата ескалация на всички модални поръчки може да се реализира само с една фазова маска, включваща проста структура и лесна интеграция.

3. Експериментални резултати и основни акценти Екипът изработи холографската фазова маска с помощта на фототерморефрактивно стъкло и реализира преобразуване на широколентов режим чрез обемни Bragg решетки. Средната ефективност на преобразуване на режимите на LG надхвърля 87,5% с ниско фазово изкривяване, което позволява ортогонално разпространение на режими от висок ред.

Експерименталното сравнение показва, че традиционните FP кухини показват дискретни резонансни пикове и техните спектри се променят значително с всяка промяна в дължината на кухината. За разлика от това, новата кухина без резонанс напълно елиминира резонансните пикове, представяйки плосък спектрален отговор, съответстващ на входния спектър. Той поддържа стабилна производителност дори когато дължината на кухината варира в диапазон от 350%, демонстрирайки отличен имунитет към външни смущения. Когато се инжектира гаусова светлина, до 19-ти ред LG режими могат да бъдат възбудени без генериране на резонанс в какъвто и да е ред, което напълно потвърждава ефективността на механизма без резонанс.