Une nouvelle publication de Opto-Electronic Advances traite de la manipulation spatio-temporelle des impulsions lumineuses femtosecondes pour les dispositifs sur puce.

Avec le développement de dispositifs nanophotoniques hautement intégrés, les chercheurs ont commencé à rechercher de nouvelles méthodes de manipulation flexible des signaux lumineux sur puce à la fois à une échelle spatiale extrêmement petite (par exemple, le nanomètre) et à une échelle temporelle ultrarapide (par exemple, la femtoseconde). Le contrôle des signaux optiques à l'échelle du nanomètre et de la femtoseconde fournit non seulement des informations fondamentales sur la dynamique ultrarapide de l'interaction entre la lumière et la matière, mais offre également une plate-forme efficace pour le traitement du signal ultrarapide à haut rendement dans les dispositifs nanophotoniques intégrés, ainsi que la détection et l'imagerie optiques. avec une résolution super spatio-temporelle. Ainsi, la recherche sur la manipulation spatio-temporelle du champ lumineux est d'une grande importance et peut être largement appliquée dans les domaines des circuits photoniques, du traitement de l'information photonique, du traitement de l'information quantique, de l'informatique neuromorphique et de l'intelligence artificielle, et de la mesure de front d'onde optique ultrarapide.

Pour la modulation spatiale de la lumière à l'échelle nanométrique, ces dernières années, de nouveaux dispositifs optiques tels que les métamatériaux et les métasurfaces ont été rapidement développés pour contrôler avec précision le comportement du champ optique à l'échelle micro et nanométrique. Par exemple, la propagation des signaux optiques peut être modulée sur une trajectoire courbe comme le faisceau d'Airy. Pour la modulation dans le domaine temporel, les méthodes traditionnelles, y compris les équipements contrôlés dynamiquement (tels que SLM) ou les matériaux contrôlés activement (tels que les matériaux électro-optiques), souffrent du temps de réponse limité des matériaux et ne sont pas adaptées à la modulation ultrarapide de la femtoseconde. impulsions lumineuses.

Récemment, avec le développement de la technologie de mise en forme des impulsions, la modulation dans le domaine fréquentiel est progressivement devenue le principal moyen de modulation ultrarapide sur les impulsions femtosecondes. En combinant la méthode de modulation dans le domaine fréquentiel avec les micro-/nano-structures conçues, il est prévu de réaliser la génération et la manipulation du champ lumineux à l'échelle nanométrique et femtoseconde, créant de nombreux nouveaux champs lumineux spatio-temporels et développant de nouvelles applications.

Les auteurs de cet article proposent une nouvelle méthode pour manipuler la propagation sur puce d'une impulsion lumineuse femtoseconde basée sur la transformée de Fourier spatio-temporelle (FT). En combinant la méthode de modulation dans le domaine fréquentiel avec la méthode de modulation spatiale, ils ont découvert que la distribution spatiale du champ lumineux peut être organisée en régulant le domaine spatial FT avec une structure de nanofocalisation sur puce et la mise en forme ultrarapide du front d'onde des impulsions femtosecondes dans le domaine temporel peut être réalisé en ajustant le FT temporel avec l'effet de dispersion de la lumière. Enfin, la FT spatio-temporelle peut être synchronisée pour manipuler les propriétés de propagation sur puce des impulsions femtosecondes dans le domaine espace-temps.

Pour démontrer cette méthode FT spatio-temporelle pour les dispositifs sur puce, ils ont choisi des polaritons de plasmons de surface (SPP) excités sur une surface métallique comme exemple, et ont étudié les performances de modulation sur les impulsions SPP femtosecondes excitées. Avec la capacité de franchir la limite de diffraction optique, les SPP ont été largement utilisés dans les dispositifs nanophotoniques pour une variété d'applications, y compris le stockage optique, la détection optique, les pinces optiques et la diffusion Raman. En plus des résolutions spatiales à l'échelle nanométrique, les impulsions SPP générées par un laser femtoseconde permettent des résolutions temporelles à l'échelle femtoseconde, fournissant ainsi une plate-forme de recherche pour la manipulation des champs lumineux et l'interaction de la lumière et de la matière à des échelles spatio-temporelles extrêmement petites.

Avec la méthode de modulation FT spatio-temporelle proposée, ils ont théoriquement démontré des effets de modulation spatio-temporels extraordinaires sur les impulsions SPP femtosecondes. Par exemple, un foyer SPP spatial conventionnel peut être progressivement plié en une forme d'anneau, et la direction de propagation d'un faisceau SPP-Airy incurvé peut être inversée à certains moments pour créer un chemin en forme de S. Par rapport à la modulation conventionnelle des SPP dans le domaine spatial ou temporel, la méthode proposée offre potentiellement une variété de nouveaux effets dans la modulation SPP spécialement associée au domaine temporel, améliorant ainsi le degré de liberté de la modulation optique et fournissant une nouvelle plate-forme pour la sur- la manipulation spatio-temporelle des impulsions optiques sur puce avec des applications telles que le traitement ultrarapide de l'information photonique sur puce, la mise en forme ultrarapide des impulsions/faisceaux et l'informatique optique. + Explorer plus loin

Contrôle multicible ultra-rapide des champs lumineux étroitement focalisés