(a) Image SEM d'un réseau NR avec un écart de 50 nm dans la direction du grand axe (Gy) et un écart de 300 nm dans le sens du petit axe (Gx). La barre d'échelle horizontale représente 200 nm. L'encart montre un seul NR de ce tableau, qui a une longueur (L) de 445 nm et une largeur (W) de 120 nm. La barre d'échelle verticale représente 100 nm. (b) La transmission expérimentale (cercles rouges) du réseau NR en fonction de la puissance d'entrée avec la polarisation d'excitation de 18° par rapport au grand axe du NR. La profondeur de modulation Md et la transmission typique Tt sont définies à partir des raccords correspondants (courbe bleue). La transmission est normalisée à la valeur de la lame de verre vierge à proximité. (c) Puissance d'excitation expérimentale et transmission non linéaire dépendante de la polarisation d'un réseau NRs. (d) Le schéma du laser à fibre ultrarapide de fabrication artisanale qui intègre des NR lithographiques en tant qu'absorbant saturable, où LD représente la diode laser, Multiplexage en longueur d'onde WDM, Fibre dopée erbium EDF, Isolateur optique ISO, Contrôleur de polarisation PC, C1, 2 collimateurs et O1, 2 objectifs. (e) Train d'impulsions montré sur l'oscilloscope en bref (300 ns, panneau inférieur) et long (10 ms, panneau supérieur) plages de temps. Crédit :par Jiyong Wang, Aurélien Coillet, Olivier Demichel, Zhiqiang Wang, David Rego, Alexandre Bouhélier, Philippe Grelu et Benoit Cluzel
Les métasurfaces plasmoniques sont des feuilles artificielles 2-D de cellules unitaires plasmoniques répétées dans un réseau de sous-longueurs d'onde, qui donnent lieu à des propriétés ondulatoires inattendues qui n'existent pas dans la nature. En régime linéaire, leurs applications dans la manipulation de front d'onde pour le cristallin, l'holographie ou le contrôle de la polarisation ont été intensivement étudiés. Cependant, les applications en régime non linéaire ont été rarement rapportées. Compte tenu de la demande croissante d'absorbants saturables - une classe spéciale de dispositifs non linéaires dans lesquels la transparence (ou l'absorption) dépend de l'intensité lumineuse - pour les lasers ultrarapides et les circuits neuromorphes, scientifiques de France, La Chine et le Brésil ont développé des métasurfaces plasmoniques fournissant une absorption saturable remarquablement efficace qui peut être réglée avec la polarisation de la lumière.
Dans un nouvel article publié dans Lumière :science et applications , des scientifiques du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, à l'Université Bourgogne—Franche-Comté, La France; du laboratoire clé de fabrication et de caractérisation micro/nano 3-D de la province du Zhejiang, École d'ingénieurs, Université de Westlake, Chine; et des collègues du Département d'électrotechnique, Institut fédéral de Bahia, Brésil, utilisé des nanotechnologies planaires pour fabriquer des métasurfaces plasmoniques 2D avec la taille précise, l'écart et l'orientation et donc un mode plasmonique bien contrôlé que les homologues synthétisés chimiquement manipulent à peine. L'absorption saturable non linéaire sous pompage laser intense a été systématiquement étudiée en modifiant la puissance d'excitation, la polarisation et les paramètres géométriques des métasurfaces plasmoniques. Le lien entre l'absorption saturable polarimétrique et le paysage plasmonique des métasurfaces a été quantifié. Plus intéressant, les chercheurs ont mis en œuvre les métasurfaces saturables dans une architecture de cavité laser à fibre et ont obtenu une génération d'impulsions laser ultracourte à démarrage automatique stable.
Ils ont étudié différents paysages plasmoniques tels que les nanotiges, nanocroix et nanoanneaux comme absorbeurs saturables pour générer des impulsions laser ultrarapides. Remarquablement, ils ont mesuré la profondeur de modulation de l'absorption saturable de ces métasurfaces plasmoniques jusqu'à 60 %. "Des profondeurs de modulation aussi élevées sont rares, en particulier pour les métasurfaces minces :une comparaison entre les absorbeurs saturables en 2D montre que la profondeur de modulation maximale rapportée est inférieure à 11 %, et une étude similaire avec des nanotiges d'or colloïdal rapporte une profondeur de modulation d'environ 5% seulement. Un SESAM typique (miroir absorbant saturable à semi-conducteur) peut présenter une profondeur de modulation supérieure à 30%, mais à partir d'un appareil beaucoup plus épais, " a déclaré le professeur Grelu.
"Le point clé est de trouver la relation quantitative entre l'absorption non linéaire et les modes plasmoniques spécifiques et cela ne pourrait être réalisé qu'en utilisant des nanotechnologies planaires pour fabriquer les métasurfaces plasmoniques, e. g. lithographie par faisceau d'électrons, plutôt que de simplement appliquer par centrifugation les nanoparticules colloïdales sur la fibre ou de plonger la fibre dans les solutions de nanoparticules, " a déclaré le Dr Cluzel.
En intégrant les métasurfaces plasmoniques dans une section en espace libre de l'architecture laser à fibre, les chercheurs ont finalement obtenu un fonctionnement laser à verrouillage de mode à démarrage automatique stable. La durée typique d'une seule impulsion soliton est de 729 fs, avec un grand rapport signal sur bruit de 75 dB dans le domaine des radiofréquences.
"Nous avons validé l'absorption saturable en tant que propriété optique non linéaire générale des nanostructures métalliques, un phénomène bien connu pour les semi-conducteurs. Plus important, nous avons démontré une application prometteuse pour la plasmonique non linéaire, une méthode à laquelle la plupart des études connexes ont prêté peu d'attention, " a ajouté le Dr Jiyong Wang.
