광학 플로켓 격자에서 블로크 진동의 펨토초 레이저 직접 기록

2024년 4월 28일, 화중과학기술대학교(HUST) Shu Xuewen 교수팀은 홍콩중문대학교(CUHK) Sun Xiankai 교수팀과 협력하여 최신 연구 진행 상황을 발표했습니다. Floquet -Bloch 진동.
블로흐 진동은 적용된 일정한 힘의 작용 하에 주기적인 전위장에서 양자 입자의 주기적인 진동으로 나타나는 고전적인 응집성 양자 전달 현상입니다. 근본적인 물리적 효과로서 블로흐 진동은 반도체 초격자, 극저온 원자, 결합 도파관 배열, 합성 차원 광격자 등 다양한 시스템에서 발견되고 연구되어 왔습니다. 물리학 연구뿐만 아니라 파동 함수의 진화를 유연하게 조작하기 위한 새로운 아이디어와 방법을 제공합니다. 그러나 Bloch 진동 현상에 대한 연구는 주로 정적 시스템에 초점을 맞춰 왔으며, 주기적으로 구동되는(Floquet) 시스템의 Bloch 진동 현상에 대한 심층적인 연구가 필요합니다.

그림 1. (a) 펨토초 레이저 직접 기록 도파관 어레이의 개략도. (b) 실험적으로 준비된 샘플의 단면 사진. (c) 실험적으로 준비된 샘플의 평면도 사진.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 펨토초 레이저 직접 쓰기로 제작한 1차원 굽은 도파관 배열을 이용하여 Froché 시스템에서 Bloch 진동 현상을 조사하고, 광학 Froché 격자에서 Bloch 진동 현상에 대한 일반 이론을 제안하고, 이를 실험적으로 시각화하고 광학 Froché-Bloch 진동 현상을 관찰합니다. 그림 1에 도시된 바와 같이, 어레이의 도파관의 굽힘 궤적은 주기적 굽힘에 중첩된 원형 굽힘으로 구성된 복합 궤적입니다. 저녁축 근사법 하에서 이 도파관 배열에서 빛 전달의 진화를 설명하는 변동 방정식은 적용된 전기장의 작용 하에서 주기적인 전위장에서 전자의 시간에 따른 진화를 설명하는 슈뢰딩거 방정식과 수학적으로 동일합니다. 도파관 배열의 빛 전달 방향은 슈뢰딩거 방정식의 시간 항과 동일합니다. 도파관 굽힘 궤적의 곡률은 투과된 광파에 작용하는 등가 전계력으로 간주됩니다. 여기서 원형 굽힘 궤적은 Bloch 진동으로 이어지는 등가의 일정한 전계력을 생성하고, 주기 굽힘 궤적은 등가 주기 전계를 생성합니다. Frohnke 변조를 도입하는 힘. 따라서, 도파관 배열을 사용하면 광학 Floquet 격자에서 Bloch 진동 현상을 관찰할 수 있습니다.

그림 2. (a)-(d) 단일 도파관 여기에서의 실험적 관찰. (e)-(h) 넓은 빔 여기에서의 실험적 관찰.
본 연구에서는 도파관 어레이에서 광파의 연속 전송의 진화를 도파관 형광 현미경을 사용하여 시각화하고 관찰했습니다. 그림 2는 각각 단일 도파관 입사 및 넓은 빔 입사에 대한 광학 Froquet 격자에서 Bloch 진동 현상의 호흡 및 진동 모드를 보여줍니다. Floquet 변조 주기가 Bloch 진동 주기의 정수배와 같지 않은 경우 Floquet 분산은 일정하고 0과 같고 광학 Floquet-Bloch 진동은 Floquet 변조 주기와 Bloch의 최소 공배수인 주기를 갖습니다. 진동주기가 발생합니다. 나머지 경우에는 Floquet 분산이 더 이상 0와 동일하지 않으며 빛의 투과는 일반적으로 확산 회절을 특징으로 합니다. 또한 연구원들은 Flokay 변조 매개변수가 광학 Flokay-Bloch 진동에 미치는 영향을 이론적 및 실험적으로 조사하여 Flokay 변조 주기와 분수 차수 Flokay와 관련된 프랙탈 스펙트럼 특성을 포함하여 현상의 고유한 진화적 특성을 밝혔습니다. Flokay 변조 진폭과 관련된 터널링 속성.

그림 3. (a) 광학 Froquet-Bloch 진동의 프랙탈 스펙트럼 특성. (b) 광학 Floquet-Bloch 진동의 분수 순서 Floquet-Bloch 터널링 특성.
광학 Floquet-Bloch 진동을 시각적으로 관찰하면 파동 함수 진화의 새로운 메커니즘이 드러납니다. 이는 기초 연구와 실제 응용 모두에서 매우 중요합니다. 기초 연구 측면에서, 이론적 모델과 실험 플랫폼은 이진 격자, 비에르미안 격자 및 광학 비선형성을 사용한 Frohike-Bloch 진동의 설계 및 변조의 상호작용에서 발생하는 새로운 현상에 대한 추가 탐구를 지원합니다. 실제 응용 측면에서 광학 Frohike-Bloch 진동은 본질적으로 응집성 전달 현상이므로 다음과 같습니다. 실제 응용에서 광학 Floquet-Bloch 진동은 본질적으로 응집성 전달 현상이므로 다양한 연구로 확장될 수 있습니다. 합성 주파수 영역 격자, 냉원자, 시공간 결정, 양자유보 등의 플랫폼을 개발해 주파수 변환, 정밀 측정, 다양한 파동 전달 조작 등을 구현하는 데 활용될 것으로 기대된다.