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May 20, 2023

Polarização

Relatórios Científicos volume 13, número do artigo: 10338 (2023) Cite este artigo 520 Detalhes de métricas de acesso A modelagem dinâmica do feixe somente de fase com um modulador de luz espacial de cristal líquido é uma poderosa

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10338 (2023) Citar este artigo

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A modelagem dinâmica do feixe somente de fase com um modulador de luz espacial de cristal líquido é uma técnica poderosa para adaptar o perfil de intensidade ou a frente de onda de um feixe. Embora moldar e controlar o campo de luz seja um tópico altamente pesquisado, a modelagem dinâmica de feixe não linear quase não foi explorada até agora. Uma razão potencial é que a geração do segundo harmônico é um processo degenerado, pois mistura dois campos na mesma frequência. Para superar este problema, propomos o uso do casamento de fase tipo II como mecanismo de controle para distinguir entre os dois campos. Nossos experimentos demonstram que distribuições de intensidade arbitrária podem ser moldadas no campo convertido em frequência com a mesma qualidade que para a modelagem linear do feixe e com eficiências de conversão semelhantes às sem modelagem do feixe. Nós imaginamos este método como um marco na direção da modelagem do feixe além dos limites físicos das telas de cristal líquido, facilitando a modelagem dinâmica do feixe somente de fase na faixa espectral ultravioleta.

O primeiro laser operacional no início da década de 19601 foi o início de muitos campos de pesquisa em óptica moderna, embora alguns de seus efeitos fundamentais já tivessem sido demonstrados ou propostos em teoria décadas antes. A holografia e a óptica não linear surgiram independentemente uma da outra, mas ambos os campos beneficiaram da elevada coerência e alta potência das novas fontes de luz.

A holografia baseia-se na interferência de ondas de luz e incorpora informações de fase e amplitude para ir além da fotografia. A modelagem dinâmica do feixe somente de fase com um modulador de luz espacial de cristal líquido (LC-SLM) é um método emergente da holografia para controlar arbitrariamente a distribuição de intensidade do feixe com muitas aplicações em pesquisa2,3,4 e na indústria5,6,7. Como este método modula apenas a frente de onda, não há perdas significativas. Como desvantagem, os monitores de cristal líquido são tecnicamente limitados às faixas espectrais do visível, do infravermelho próximo e do infravermelho médio. Este não é um problema intransponível, pois os processos de conversão de frequência, como a geração de segundo harmônico ou a geração de soma de frequência, são processos coerentes que preservam a fase da onda fundamental incidente. A combinação de óptica não linear e holografia permite moldar o campo de luz fundamental e, ao mesmo tempo, alcançar o resultado desejado no campo convertido em frequência. Embora ambos os campos de pesquisa possam ser combinados, o conceito de holografia não linear só está emergindo atualmente.

Yariv mostrou há décadas que a mistura de quatro ondas pode ser interpretada como gravação e reconstrução holográfica e propôs usá-la para a realização de holografia em tempo real8. Neste processo, a interação entre os campos pode ser interpretada como um campo difratado pelo padrão modelado de outro campo. Enquanto isso, muitas investigações se seguiram sobre a conversão não linear de luz estruturada para a conservação de singularidades9,10 e momento angular orbital ou de spin e feixes de vórtices11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22, 23,24. Aqui, os princípios físicos da conversão não linear da luz estruturada foram bem explorados e vários trabalhos utilizam características do feixe como polarização 19,25,26, diferentes comprimentos de onda 15,17,18 ou geometrias não colineares 20 como mecanismo de controle para a conversão não linear de vórtices ópticos. O recente artigo de revisão publicado por Buono e Forbes oferece uma visão geral sobre óptica não linear com luz estruturada27.

Atualmente, existem duas abordagens principais para a holografia não linear: estruturar diretamente o cristal não linear ou gerar imagens do plano de um LC-SLM no cristal.

A estruturação 3D do cristal não linear leva a uma modulação da suscetibilidade não linear que molda a frente de onda do campo de luz emergente. Tais elementos são chamados de cristais fotônicos não lineares, pois a modulação da suscetibilidade não linear afeta a geração e propagação do feixe . Há demonstrações de um holograma binário em um cristal não linear35, um elemento estruturado combinado com luz estruturada36,37 ou metassuperfícies plasmônicas38,39. Esses cristais não lineares estruturados em 3D atuam como hologramas de volume ou matrizes em fases e, em teoria, fornecem mais graus de liberdade como um holograma fino. Como a sua implementação é tecnicamente desafiadora, a liberdade de design é até agora fortemente limitada e, além disso, apenas soluções estáticas são possíveis. Tais limitações práticas motivam a consideração de hologramas finos que são mais fáceis de realizar.