Skyrmionsreconnues pour leurs configurations de spin complexes, ont captivé les chercheurs en tant que quasiparticules topologiques dotées d’un vaste potentiel en matière de stockage de données et de technologie de l’information. Récemment, skyrmions optiquesLes homologues lumineux de ces quasi-particules sont apparus comme une voie prometteuse pour développer des systèmes optiques avancés dotés de propriétés topologiques uniques.
Les méthodes existantes pour générer des skyrmions optiques nécessitent généralement des configurations de modulation spatiale de la lumière volumineuses et complexes, limitant leur évolutivité et leur déploiement pratique. Bien que des approches utilisant des champs évanescents ou magnétiques aient été proposées, ces méthodes sont contraintes à champs proches optiquesce qui rend la détection difficile et la propagation sur de longues distances en espace libre presque impossible. Réaliser des skyrmions optiques inférieurs à la longueur d’onde sans recourir à des systèmes encombrants a été jusqu’à présent un défi persistant.
Métafibres pour skyrmions de Stokes
Pour relever ce défi, nous avons développé un dispositif métafibre flexible capable de générer des skyrmions optiques avec des textures topologiques personnalisables et des caractéristiques de polarisation sub-longueur d’onde sans précédent (Fig. 1). Inspirée de la technologie du laboratoire sur fibre, cette plateforme métafibre intègre métastructures directement sur les pointes des fibres, permettant la création de champs de lumière structurés avec des caractéristiques topologiques précisément réglables. Notre étude est publié dans la revue Communications naturelles.
Comme illustré sur la figure 2, la conception de la métafibre comprend une fibre monomode (PSF) à maintien de polarisation, une section d’expansion et une métasurface à l’extrémité de la fibre. En combinant des faisceaux de Bessel polarisés orthogonalement (ordre zéro et premier) avec un moment cinétique orbital (OAM), l’appareil produit des skyrmions de Stokes. Les ajustements apportés à la conception de la métasurface permettent la création de différents types de skyrmions, notamment Néel, Bloch et anti-skyrmions.
Ces travaux peuvent ouvrir une nouvelle voie dans la recherche sur les skyrmions optiques, en mettant en synergie la méta-photonique et la technologie des fibres optiques, offrant un dispositif polyvalent et ultracompact pour créer une lumière structurée. Grâce à sa capacité à produire des skyrmions de haute qualité avec diverses topologies, la plate-forme métafibre ouvre des possibilités passionnantes pour les communications optiques, le stockage de données et au-delà.
Résumé et perspectives
Les skyrmions optiques sont des structures lumineuses topologiques dotées de caractéristiques extraordinaires. Nous présentons les métafibres en tant que dispositifs compacts et intégrés pour générer des skyrmions photoniques avec des topologies de conception et un contrôle de polarisation sub-longueur d’onde. Ces avancées offrent une voie pratique pour réaliser une lumière structurée pour les technologies optiques avancées.
Les travaux futurs pourraient explorer des fonctionnalités supplémentaires, telles que les skyrmions de rotation et les métasurfaces reconfigurables alimentées par changement de phase ou Matériaux 2Délargissant encore la portée des champs lumineux topologiquement conçus.
L’application de fibres métastructurées met en évidence le potentiel de transformation de l’exploration de la lumière structurée, du spin électromagnétique et de la topologie sophistiquée du champ lumineux, ouvrant la voie à d’autres applications pratiques des skyrmions optiques et à d’autres applications en physique optique et en nanophotonique.
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Plus d’informations :
Tiantian He et al, Skyrmions optiques à partir de métafibres présentant des caractéristiques sub-longueur d’onde, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-54207-z
Yuan Meng, a obtenu un doctorat en génie optique à l’Université Tsinghua et est actuellement associé postdoctoral à l’Université Washington à St Louis.