เมื่อเร็ว ๆ นี้ Nature Communications ได้เผยแพร่งานวิจัยด้านโฟโตนิกส์ที่สำคัญ ทีมวิจัยจาก CREOL College of Optics and Photonics แห่งมหาวิทยาลัย Central Florida และสถาบันอื่นๆ ได้เสนอนวัตกรรมและทดลองสร้างช่อง Fabry-Pérot (FP) ที่ปราศจากการสั่นพ้อง
ด้วยการใช้มาสก์เฟสโฮโลแกรมภายในโพรงเพื่อควบคุมโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร (OAM) ของลำแสง การศึกษานี้จึงสามารถยกระดับโหมด Laguerre–Gauss (LG) ได้อย่างค่อยเป็นค่อยไปโดยไม่มีข้อจำกัด วิธีการนี้จะทำลายลักษณะการสั่นพ้องแบบไม่ต่อเนื่องของตัวสะท้อนแสงแบบดั้งเดิมโดยพื้นฐาน โดยสร้างช่องแสงแบบใหม่ที่เกือบจะรอดพ้นจากการรบกวนความยาวของช่อง โดยเปิดช่องทางใหม่สำหรับการตรวจจับด้วยแสงที่มีความเสถียรสูง เลเซอร์แสงที่มีโครงสร้าง และการวิจัยโฟโตนิกที่ไม่ใช่ของ Hermitian
1. ความเป็นมาของการวิจัยและความท้าทายที่มีอยู่ช่องเรโซแนนซ์ Fabry-Pérot (FP) แบบดั้งเดิมเป็นอุปกรณ์หลักพื้นฐานในเทคโนโลยีเลเซอร์ การตรวจจับความแม่นยำเชิงแสง เลนส์ควอนตัม และการตรวจจับโฟตอน อย่างไรก็ตาม มันมีข้อจำกัดโดยธรรมชาติและหลีกเลี่ยงไม่ได้:
1. สร้างพีคเรโซแนนซ์ที่ความยาวคลื่นเฉพาะเพียงไม่กี่เท่านั้น ส่งผลให้แบนด์วิธในการทำงานแคบลง
2. มีความไวอย่างยิ่งต่อการเปลี่ยนแปลงความยาวของช่อง การสั่นสะเทือนและความผันผวนของอุณหภูมิทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของความยาวคลื่นเรโซแนนซ์ ความแม่นยำในการตรวจจับลดลง และความเสถียรของเลเซอร์
ความพยายามก่อนหน้านี้ในการปรับปรุงประสิทธิภาพผ่านทางวิศวกรรมการกระจายตัวและการสร้างสนามแสงในโพรงภายในล้มเหลวในการกำจัดการพึ่งพาความยาวของโพรงและการสั่นพ้องแบบไม่ต่อเนื่องโดยพื้นฐาน ซึ่งจำกัดการใช้งานจริงอย่างมาก หลักการออกแบบนวัตกรรมหลักและหลักการทำงาน การวิจัยนี้แยกตัวออกจากเส้นทางทั่วไปในการปรับเปลี่ยนตัวสะท้อนเสียงผ่านการควบคุมการกระจายตัว แต่กลับเริ่มต้นด้วยการปรับเปลี่ยนโหมดเชิงพื้นที่ของสนามแสงและกำจัดเสียงสะท้อนจากกลไกทางกายภาพโดยพื้นฐาน
ทีมวิจัยได้รวมเอาหน้ากากเฟสโฮโลแกรม (HPM) ไว้ภายในช่อง FP ระนาบขนาดกะทัดรัดเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับการแปลงโหมด มันละทิ้งโหมด Hermite–Gauss (HG) ที่ใช้กันทั่วไป และใช้โหมด Laguerre–Gauss (LG) ที่มีโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร (OAM) เป็นพื้นฐานการแพร่กระจาย
โหมด LG ที่มีลำดับสูงกว่าที่สร้างขึ้นระหว่างการวิวัฒนาการมีลักษณะตั้งฉากโดยธรรมชาติ ซึ่งทำลายเงื่อนไขการรบกวนที่สอดคล้องกันของลำแสงภายในโพรงหลายอัน พีคเรโซแนนซ์ที่ไม่ต่อเนื่องของช่องธรรมดาจะถูกระงับโดยสิ้นเชิง ทำให้ช่องดังกล่าวสามารถบรรลุการตอบสนองสเปกตรัมบรอดแบนด์แบบแบนราบทั้งหมดและปราศจากการสั่นพ้อง
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองโหมด:
1. โหมด HG: ส่วนประกอบเดียวสามารถสลับระหว่างโหมดคงที่สองโหมดเท่านั้น ไม่สามารถบรรลุการยกระดับลำดับอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นจึงไม่สามารถกำจัดเสียงสะท้อนได้
2. โหมด LG-OAM: การเพิ่มคำสั่งโมดอลทั้งหมดอย่างต่อเนื่องสามารถทำได้โดยใช้เฟสมาสก์เพียงเฟสเดียว ซึ่งมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและบูรณาการได้ง่าย
3. ผลการทดลองและจุดเด่นหลัก ทีมงานประดิษฐ์เฟสมาส์กโฮโลแกรมโดยใช้กระจกโฟโตเทอร์โมแฟรกทีฟ และการแปลงโหมดบรอดแบนด์ผ่านตะแกรง Bragg เชิงปริมาณ ประสิทธิภาพการแปลงโดยเฉลี่ยของโหมด LG เกิน 87.5% โดยมีความบิดเบือนเฟสต่ำ ช่วยให้สามารถเผยแพร่โหมดลำดับสูงในมุมฉากได้
การเปรียบเทียบการทดลองแสดงให้เห็นว่าโพรง FP แบบดั้งเดิมมีพีคเรโซแนนซ์ที่ไม่ต่อเนื่อง และสเปกตรัมของพวกมันลอยไปอย่างมีนัยสำคัญเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความยาวของโพรง ในทางตรงกันข้าม ช่องที่ปราศจากการสั่นพ้องแบบใหม่จะกำจัดพีคของเรโซแนนซ์โดยสิ้นเชิง นำเสนอการตอบสนองสเปกตรัมแบบแบนที่สอดคล้องกับสเปกตรัมอินพุต รักษาประสิทธิภาพการทำงานที่มั่นคงแม้ว่าความยาวของช่องจะแตกต่างกันไปในช่วง 350% ซึ่งแสดงให้เห็นถึงภูมิคุ้มกันที่ดีเยี่ยมต่อการรบกวนจากภายนอก เมื่อฉีดแสงแบบเกาส์เซียน คุณจะตื่นเต้นกับโหมด LG ลำดับที่ 19 ได้โดยไม่ต้องสร้างเสียงสะท้อนในลำดับใดๆ ซึ่งจะตรวจสอบประสิทธิภาพของกลไกที่ปราศจากการสะท้อนได้อย่างเต็มที่
ลิขสิทธิ์ @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - โมดูลไฟเบอร์ออปติกของจีน, ผู้ผลิตเลเซอร์คู่ไฟเบอร์, ซัพพลายเออร์ส่วนประกอบเลเซอร์ All Rights Reserved.
