حفره Fabry-Pero رایگان

اخیراً Nature Communications یک کار تحقیقاتی برجسته در زمینه فوتونیک منتشر کرده است. یک تیم تحقیقاتی از کالج اپتیک و فوتونیک CREOL در دانشگاه فلوریدا مرکزی و سایر موسسات به طور ابتکاری یک حفره Fabry-Pérot (FP) بدون رزونانس را پیشنهاد کردند و به صورت تجربی کشف کردند.

با استفاده از یک ماسک فاز هولوگرافی درون حفره‌ای برای دستکاری تکانه زاویه‌ای مداری (OAM) پرتوهای نور، این مطالعه به تشدید نظم تدریجی بدون محدودیت حالت‌های لاگر-گاوس (LG) دست می‌یابد. این رویکرد اساساً مشخصه رزونانس گسسته تشدیدگرهای نوری سنتی را می شکند و یک حفره نوری جدید ایجاد می کند که تقریباً در برابر اختلالات طول حفره مصون است. راه‌های کاملاً جدیدی را برای سنجش نوری با پایداری بالا، لیزرهای نور ساختاریافته و تحقیقات فوتونیک غیرهرمیتی باز می‌کند.

1. پیشینه تحقیق و چالش های موجودحفره تشدید سنتی Fabry-Pérot (FP) یک دستگاه هسته اساسی در فناوری لیزر، سنجش دقیق نوری، اپتیک کوانتومی و تشخیص فوتون است. با این حال، دارای محدودیت های ذاتی و اجتناب ناپذیر است:

1. فقط پیک های تشدید در چند طول موج خاص تولید می کند که در نتیجه پهنای باند عملیاتی باریکی دارد.

2. به تغییرات طول حفره بسیار حساس است. ارتعاش و نوسان دما هر دو باعث رانش طول موج تشدید، کاهش دقت حس و پایداری لیزر می شوند.

تلاش‌های قبلی برای بهبود عملکرد از طریق مهندسی پراکندگی و شکل‌دهی میدان نوری درون حفره‌ای نتوانستند اساساً وابستگی به طول حفره و رزونانس گسسته را حذف کنند و کاربردهای عملی را تا حد زیادی محدود کنند. طراحی نوآورانه اصلی و اصل کاری این تحقیق از مسیر مرسوم اصلاح تشدید کننده ها از طریق تنظیم پراکندگی جدا می شود. در عوض، به طور خلاقانه ای با دستکاری حالت فضایی میدان نوری شروع می شود و اساساً تشدید را از مکانیسم فیزیکی حذف می کند.

تیم تحقیقاتی یک ماسک فاز هولوگرافیک (HPM) را در داخل یک حفره FP مسطح فشرده به عنوان عنصر اصلی برای تبدیل حالت یکپارچه کردند. حالت‌های رایج هرمیت-گاوس (HG) را کنار می‌گذارد و حالت‌های لاگر-گاوس (LG) را که تکانه زاویه‌ای مداری (OAM) را حمل می‌کنند به‌عنوان مبنای انتشار اتخاذ می‌کند.

حالت‌های درجه بالاتر ال‌جی که در طول تکامل تولید می‌شوند، دارای متعامد بودن ذاتی هستند که شرایط تداخل منسجم پرتوهای درون حفره‌ای متعدد را می‌شکند. پیک‌های رزونانس گسسته حفره‌های معمولی کاملاً سرکوب می‌شوند و حفره را قادر می‌سازند تا به یک پاسخ طیفی پهن باند کاملاً مسطح و بدون تشدید دست یابد.

تفاوت های اصلی بین دو حالت:

1. حالت HG: یک جزء تنها می تواند بین دو حالت ثابت جابجا شود، نمی تواند به تشدید سفارش مداوم برسد، بنابراین رزونانس نمی تواند حذف شود.

2. حالت LG-OAM: تشدید مداوم تمام سفارشات مودال تنها با یک ماسک فاز، با ساختار ساده و ادغام آسان، قابل تحقق است.

3. نتایج آزمایشی و نکات برجسته اصلی تیم ماسک فاز هولوگرافیک را با استفاده از شیشه انکساری گرماگرم نور ساخته و تبدیل حالت پهنای باند را از طریق توری های حجمی براگ دریافتند. میانگین راندمان تبدیل حالت‌های ال‌جی با اعوجاج فاز کم از 87.5 درصد فراتر می‌رود که امکان انتشار متعامد حالت‌های مرتبه بالا را فراهم می‌کند.

مقایسه تجربی نشان می‌دهد که حفره‌های FP سنتی پیک‌های تشدید مجزا را نشان می‌دهند، و طیف‌های آنها به طور قابل‌توجهی با هر تغییری در طول حفره تغییر می‌کند. در مقابل، حفره جدید بدون تشدید پیک های تشدید را کاملاً حذف می کند و یک پاسخ طیفی مسطح مطابق با طیف ورودی ارائه می دهد. حتی زمانی که طول حفره بیش از 350 درصد تغییر می‌کند، عملکرد پایداری را حفظ می‌کند که مصونیت عالی را در برابر آشفتگی‌های خارجی نشان می‌دهد. هنگامی که نور گاوسی تزریق می‌شود، تا حالت‌های درجه نوزدهم ال‌جی می‌توانند بدون ایجاد تشدید به هر ترتیبی برانگیخته شوند، که به طور کامل کارایی مکانیسم بدون تشدید را تأیید می‌کند.