(a) Imagen SEM de una matriz NR con un espacio de 50 nm en la dirección del eje largo (Gy) y un espacio de 300 nm en la dirección del eje corto (Gx). La barra de escala horizontal representa 200 nm. El recuadro muestra un solo NR de esta matriz, que tiene una longitud (L) de 445 nm y una anchura (W) de 120 nm. La barra de escala vertical representa 100 nm. (b) La transmisión experimental (círculos rojos) de la matriz NR en función de la potencia de entrada con la polarización de excitación de 18 ° con respecto al eje largo de la NR. La profundidad de modulación Md y la transmisión típica Tt se definen a partir de los correspondientes accesorios (curva azul). La transmisión se normaliza al valor del portaobjetos de vidrio en blanco cercano. (c) Potencia de excitación experimental y transmisión no lineal dependiente de la polarización de una matriz NR. (d) El esquema de láser de fibra ultrarrápido de fabricación casera que integra NR litográficos como absorbente saturable, donde LD representa diodo láser, Multiplexación por división de longitud de onda WDM, Fibra EDF dopada con erbio, Aislador óptico ISO, Controlador de polarización de PC, C1, 2 colimadores y O1, 2 objetivos. (e) Tren de pulsos mostrado en el osciloscopio en breve (300 ns, panel inferior) y largo (10 ms, panel superior) rangos de tiempo. Crédito:por Jiyong Wang, Aurelien Coillet, Olivier Demichel, Zhiqiang Wang, Davi Rego, Alexandre Bouhelier, Philippe Grelu y Benoit Cluzel
Las metasuperficies plasmónicas son láminas bidimensionales artificiales de células unitarias plasmónicas repetidas en una matriz de sublongitud de onda, que dan lugar a propiedades ondulatorias inesperadas que no existen en la naturaleza. En el régimen lineal, sus aplicaciones en la manipulación de frente de onda para lentes, La holografía o el control de polarización se han estudiado intensamente. Sin embargo, raras veces se ha informado de aplicaciones en el régimen no lineal. Teniendo en cuenta la creciente demanda de absorbentes saturables, una clase especial de dispositivos no lineales en los que la transparencia (o absorción) depende de la intensidad de la luz, para láseres ultrarrápidos y circuitos neuromórficos, científicos de Francia, China y Brasil han desarrollado metasuperficies plasmónicas que proporcionan una absorción saturable notablemente eficiente que se puede sintonizar con la polarización de la luz.
En un nuevo artículo publicado en Luz:ciencia y aplicaciones , científicos del Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, en la Université Bourgogne— Franche-Comté, Francia; del Laboratorio clave de micro / nano fabricación y caracterización 3-D de la provincia de Zhejiang, Escuela de Ingeniería, Universidad de Westlake, Porcelana; y compañeros de trabajo del Departamento de Electrotecnología, Instituto Federal de Bahía, Brasil, empleó nanotecnologías planas para fabricar metasuperficies plasmónicas 2-D con el tamaño preciso, brecha y orientación y, por lo tanto, un modo plasmónico bien controlado que las contrapartes sintetizadas químicamente apenas manejan. La absorción saturable no lineal bajo un intenso bombeo láser se investigó sistemáticamente alterando la potencia de excitación, la polarización y los parámetros geométricos de las metasuperficies plasmónicas. Se ha cuantificado el vínculo entre la absorción saturable polarimétrica y el paisaje plasmónico de las metasuperficies. Más interesante aún, Los investigadores implementaron las metasuperficies saturables en una arquitectura de cavidad de láser de fibra y lograron una generación estable de pulsos de láser ultracortos de inicio automático.
Investigaron diferentes paisajes plasmónicos como nanobarras, nanocrosses y nanorings como absorbentes saturables para generar pulsos láser ultrarrápidos. Notablemente, midieron la profundidad de modulación de la absorción saturable de tales metasuperficies plasmónicas hasta en un 60%. "Unas profundidades de modulación tan elevadas son poco frecuentes, especialmente para metasuperficies delgadas:una comparación entre absorbentes saturables en 2-D muestra que la profundidad de modulación máxima informada es inferior al 11%, y un estudio similar con nanobarras de oro coloidal informa una profundidad de modulación de solo alrededor del 5%. Un SESAM típico (espejo absorbente saturable de semiconductores) puede presentar una profundidad de modulación superior al 30%, pero de un dispositivo mucho más grueso, "Dijo el profesor Grelu.
"El punto clave es encontrar la relación cuantitativa entre la absorción no lineal y los modos plasmónicos específicos y esto solo podría lograrse mediante el uso de nanotecnologías planas para fabricar las metasuperficies plasmónicas, mi. gramo. litografía por haz de electrones, en lugar de simplemente recubrir por rotación las nanopartículas coloidales sobre la fibra o sumergir la fibra en las soluciones de nanopartículas, "Dijo el Dr. Cluzel.
Al integrar las metasuperficies plasmónicas dentro de una sección de espacio libre de la arquitectura del láser de fibra, los investigadores finalmente obtuvieron una operación de láser bloqueada en modo de autoencendido estable. La duración típica de un solo pulso de solitón es de 729 fs, con una gran relación señal / ruido de 75 dB en el dominio de la radiofrecuencia.
"Validamos la absorción saturable como una propiedad óptica no lineal general de las nanoestructuras metálicas, un fenómeno bien conocido para los semiconductores. Más importante, demostramos una aplicación prometedora para plasmónicos no lineales, un método al que la mayoría de los estudios relacionados prestaron poca atención, ", Agregó el Dr. Jiyong Wang.
