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Jun 16, 2023

양극화

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10338(2023) 이 기사 인용 613 Accesses Metrics 세부 정보 액정 공간 광 변조기를 사용한 동적 위상 전용 빔 형성은 강력한

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10338(2023) 이 기사 인용

613 액세스

측정항목 세부정보

액정 공간 광 변조기를 사용한 동적 위상 전용 빔 형성은 빔의 강도 프로파일이나 파면을 조정하는 강력한 기술입니다. 라이트 필드를 형성하고 제어하는 ​​것은 고도로 연구된 주제이지만, 동적 비선형 빔 형성은 지금까지 거의 탐구되지 않았습니다. 한 가지 잠재적인 이유는 두 번째 고조파를 생성하는 것이 동일한 주파수에서 두 필드를 혼합하기 때문에 축퇴 프로세스라는 것입니다. 이 문제를 극복하기 위해 우리는 두 필드를 구별하기 위한 제어 메커니즘으로 유형 II 위상 매칭을 사용하는 것을 제안합니다. 우리의 실험은 선형 빔 성형과 동일한 품질과 빔 성형이 없는 경우와 유사한 변환 효율성으로 주파수 변환 필드에서 임의 강도의 분포가 형성될 수 있음을 보여줍니다. 우리는 이 방법을 자외선 스펙트럼 범위에서 동적 위상 전용 빔 성형을 촉진함으로써 액정 디스플레이의 물리적 한계를 넘어서는 빔 성형을 향한 이정표로 생각합니다.

1960년대 초반 최초의 작동 레이저1는 현대 광학 분야의 많은 연구 분야의 여명기였습니다. 그러나 레이저의 기본 효과 중 일부는 이미 수십 년 전에 이론상 입증되거나 제안되었습니다. 홀로그래피와 비선형 광학은 서로 독립적으로 등장했지만 두 분야 모두 새로운 광원의 높은 일관성과 강력한 이점을 활용했습니다.

홀로그래피는 광파의 간섭을 기반으로 하며 위상 및 진폭 정보를 통합하여 사진 이상의 기능을 제공합니다. 액정 공간 광 변조기(LC-SLM)를 사용한 동적 위상 전용 빔 성형은 연구2,3,4 및 산업5,6,7에서 많은 응용 분야를 통해 빔의 강도 분포를 임의로 제어하기 위해 홀로그래피에서 나온 방법입니다. 이 방법은 파면만 변조하므로 큰 손실은 없습니다. 단점으로, 액정 디스플레이는 기술적으로 가시광선, 근적외선 및 중적외선 스펙트럼 범위로 제한됩니다. 2차 고조파 생성이나 합 주파수 생성과 같은 주파수 변환 과정은 충돌하는 기본파의 위상을 보존하는 일관성 있는 과정이기 때문에 이는 극복할 수 없는 문제는 아닙니다. 비선형 광학과 홀로그래피를 결합하면 기본에서 광 필드를 형성하는 동시에 주파수 변환 필드에서 목표한 결과를 얻을 수 있습니다. 두 연구 분야를 결합할 수 있지만 비선형 홀로그래피라는 개념은 현재 막 등장하고 있습니다.

Yariv는 수십 년 전에 4파 혼합이 홀로그램 기록 및 재구성으로 해석될 수 있음을 보여주었고 이를 실시간 홀로그래피 구현에 사용하도록 제안했습니다8. 이 과정에서 필드 간의 상호 작용은 다른 필드의 모양 패턴에 의해 회절되는 하나의 필드로 해석될 수 있습니다. 한편 특이점9,10 및 궤도 또는 스핀 각운동량 및 소용돌이 빔11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22 보존을 위한 구조광의 비선형 변환에 대한 많은 연구가 이어졌습니다. 23,24. 여기에서는 구조광의 비선형 변환에 대한 물리적 원리가 잘 연구되었으며 여러 연구에서는 편광19,25,26, 서로 다른 파장15,17,18 또는 비선형 형상20과 같은 빔 특성을 비선형 변환을 위한 제어 메커니즘으로 사용합니다. 광학 소용돌이의. Buono와 Forbes가 발표한 최근 리뷰 논문은 구조광을 이용한 비선형 광학에 대한 개요를 제공합니다27.

현재 비선형 홀로그래피에는 두 가지 주요 접근 방식이 있습니다. 즉, 비선형 결정을 직접 구조화하거나 LC-SLM 평면을 결정에 이미징하는 것입니다.

비선형 결정의 3D 구조화는 나타나는 광장의 파면을 형성하는 비선형 민감도의 변조로 이어집니다. 비선형 민감도의 변조가 빔 생성 및 전파에 영향을 미치기 때문에 이러한 요소를 비선형 광결정이라고 합니다. 비선형 결정35, 구조화된 광36,37 또는 플라즈모닉 메타표면38,39과 결합된 구조적 요소인 이진 홀로그램의 시연이 있습니다. 이러한 3D 구조의 비선형 결정은 볼륨 홀로그램 또는 위상 배열로 작동하며 이론적으로는 얇은 홀로그램처럼 더 많은 자유도를 제공합니다. 구현이 기술적으로 어렵기 때문에 설계의 자유는 지금까지 크게 제한되어 있으며 더욱이 정적 솔루션만 가능합니다. 이러한 실질적인 제한으로 인해 구현하기 더 쉬운 얇은 홀로그램을 고려하게 되었습니다.