Una nueva publicación de Opto-Electronic Advances analiza la manipulación espaciotemporal de pulsos de luz de femtosegundos para dispositivos en chip.

Con el desarrollo de dispositivos nanofotónicos altamente integrados, los investigadores han comenzado a buscar nuevos métodos para manipular de manera flexible las señales de luz en el chip tanto en una escala espacial extremadamente pequeña (p. ej., nanómetro) como en una escala temporal ultrarrápida (p. ej., femtosegundo). El control de señales ópticas en escalas de nanómetros y femtosegundos no solo proporciona información fundamental sobre la dinámica ultrarrápida de la interacción entre la luz y la materia, sino que también ofrece una plataforma eficaz para el procesamiento de señales ultrarrápidas de alta eficiencia en dispositivos nanofotónicos integrados, detección óptica e imágenes. con resolución superespacio-temporal. Por lo tanto, la investigación de la manipulación del campo de luz espaciotemporal es de gran importancia y puede aplicarse ampliamente en los campos de circuitos fotónicos, procesamiento de información fotónica, procesamiento de información cuántica, computación neuromórfica e inteligencia artificial, y medición de frente de onda óptica ultrarrápida.

Para la modulación espacial de la luz a nanoescala, en los últimos años se han desarrollado rápidamente nuevos dispositivos ópticos, como metamateriales y metasuperficies, para controlar con precisión el comportamiento del campo óptico a micro y nanoescala. Por ejemplo, la propagación de señales ópticas se puede modular a una trayectoria curva como el haz de Airy. Para la modulación en el dominio del tiempo, los métodos tradicionales, incluidos los equipos controlados dinámicamente (como SLM) o los materiales controlados activamente (como los materiales electroópticos), sufren el tiempo de respuesta limitado de los materiales y no son adecuados para la modulación ultrarrápida de femtosegundos. pulsos de luz.

Recientemente, con el desarrollo de la tecnología de modelado de pulsos, la modulación en el dominio de la frecuencia se ha convertido gradualmente en el principal medio de modulación ultrarrápida en pulsos de femtosegundos. Al combinar el método de modulación de dominio de frecuencia con las micro/nanoestructuras diseñadas, se espera lograr la generación y manipulación de campos de luz en escalas de nanómetros y femtosegundos, creando muchos campos de luz espaciotemporales novedosos y expandiendo nuevas aplicaciones.

Los autores de este artículo proponen un método novedoso para manipular la propagación en el chip de un pulso de luz de femtosegundos basado en la transformada espaciotemporal de Fourier (FT). Al combinar el método de modulación de dominio de frecuencia con el método de modulación espacial, descubrieron que la distribución espacial del campo de luz se puede organizar regulando el dominio espacial FT con una estructura de nanoenfoque en el chip, y la formación de frente de onda ultrarrápida de pulsos de femtosegundos en el dominio del tiempo se puede realizar ajustando el FT temporal con el efecto de dispersión de la luz. Finalmente, la FT espaciotemporal se puede sincronizar para manipular las propiedades de propagación en el chip de los pulsos de femtosegundos en el dominio del espacio-tiempo.

Para demostrar este método FT espaciotemporal para dispositivos en chip, eligieron como ejemplo polaritones de plasmones de superficie (SPP) excitados en una superficie metálica y estudiaron el rendimiento de la modulación en los pulsos SPP de femtosegundos excitados. Con la capacidad de superar el límite de difracción óptica, los SPP se han empleado ampliamente en dispositivos nanofotónicos para una variedad de aplicaciones, incluido el almacenamiento óptico, la detección óptica, las pinzas ópticas y la dispersión Raman. Además de las resoluciones espaciales a nanoescala, los pulsos SPP generados por un láser de femtosegundo permiten resoluciones temporales a escala de femtosegundos, lo que proporciona una plataforma de investigación para la manipulación de campos de luz y la interacción de la luz y la materia en escalas espaciotemporales extremadamente pequeñas.

Con el método de modulación espaciotemporal FT propuesto, teóricamente demostraron algunos efectos extraordinarios de modulación espaciotemporal en los pulsos SPP de femtosegundos. Por ejemplo, un foco SPP espacial convencional se puede doblar gradualmente en forma de anillo, y la dirección de propagación de un haz SPP-Airy curvo se puede invertir en ciertos momentos para crear una ruta en forma de S. En comparación con la modulación convencional de SPP en el dominio del espacio o del tiempo, el método propuesto ofrece potencialmente una variedad de efectos novedosos en la modulación de SPP, especialmente asociados con el dominio temporal, mejorando así el grado de libertad de la modulación óptica y proporcionando una nueva plataforma para on- manipulación espaciotemporal de chips de pulsos ópticos con aplicaciones que incluyen procesamiento ultrarrápido de información fotónica en chip, modelado ultrarrápido de pulsos/haces y computación óptica. + Explora más

Control multiobjetivo ultrarrápido de campos de luz bien enfocados