Eine aktuelle Studie hat eine transformative nichtlineare optische Metaoberflächentechnologie vorgestellt. Diese neue Technologie, die sich durch Strukturen auszeichnet, die kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, ebnet den Weg für bedeutende Fortschritte in der Kommunikationstechnologie der nächsten Generation, einschließlich Quantenlichtquellen und medizinischen Diagnosegeräten.
Zum ersten Mal erstellten die Forscher experimentelle Implementierungen der elektrisch abstimmbaren Erzeugung dritter Harmonischer (THG) unter Verwendung einer polaritonischen Intersubband-Metaoberfläche in Kombination mit mehreren Quantentöpfen (MQWs). Die Arbeit ist veröffentlicht In Licht: Wissenschaft und Anwendungen und wurde von Professor Jongwon Lee in der Abteilung für Elektrotechnik an der UNIST geleitet.
Bemerkenswert ist, dass sie eine bemerkenswerte Modulationstiefe des THG-Signals von 450 % und eine Unterdrückung der THG-Beugung nullter Ordnung von 86 % erreichten, wobei die lokale Phasenabstimmung 180 Grad überstieg. Darüber hinaus demonstrierten sie die THG-Strahllenkung mithilfe von Phasengradienten und schlugen damit einen neuen Weg für elektrisch einstellbare flache nichtlineare optische Elemente mit vielseitigen Funktionalitäten vor.
Nichtlineare Optik, die die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie untersucht, kann mehrere Wellenlängen aus einer einzigen Lichtquelle erzeugen und so die Informationsübertragung im Vergleich zu herkömmlichen Lasern mit einer Wellenlänge deutlich verbessern. Ein weithin anerkanntes Beispiel nichtlinearer optischer Technologie ist der grüne Laserpointer.
Die von Professor Lees Team entwickelte innovative nichtlineare optische Metaoberfläche ermöglicht die Entwicklung kompakter und leichter optischer Instrumente, wobei Lasergeräte möglicherweise so dünn wie Papier sind und Materialien verwenden, die sogar dünner als ein menschliches Haar sind. Während frühere Methoden mit der elektrischen Steuerung zu kämpfen hatten, kann diese neue Metaoberfläche leicht moduliert werden, was sie zu einem Game-Changer auf diesem Gebiet macht.
Insbesondere hat das Team die weltweit erste Technologie eingeführt, die eine Spannungssteuerung der Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) ermöglicht und eine unabhängige Modulation der Intensität und Phase von THG erreicht, wodurch die Metaoberfläche nicht nur die Wellenlänge, sondern auch die Intensität und Phase steuern kann aus Licht.
„Dieser Fortschritt ermöglicht eine beispiellose Kontrolle des Lichts“, sagte Professor Lee. „Durch die Anpassung der Intensität und Phase von nichtlinearem THG durch elektrische Mittel eröffnen wir neue Wege für Anwendungen in der Lichtmodulation für Kryptographie, dynamische Holographie, Quantensensoren der nächsten Generation und Lichtquellen für die Quantenkommunikation.“
Forscher Seongjin Park erklärte: „Die Eigenschaften unserer optischen Metaoberfläche werden durch die Halbleiterschicht und die Metallstruktur definiert. Wir haben frühere Einschränkungen überwunden, indem wir Anpassungen an Phase, Amplitude und Frequenz des Lichts ermöglicht haben.“
Weitere Informationen:
Seongjin Park et al., Elektrisch abstimmbare Erzeugung der dritten Harmonischen unter Verwendung polaritonischer Intersubband-Metaoberflächen, Licht: Wissenschaft und Anwendungen (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01517-y