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Jun 16, 2023

Polarisation

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 10338 (2023) Citer cet article 613 Accès aux détails des métriques La mise en forme dynamique du faisceau à phase uniquement avec un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides est un puissant

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10338 (2023) Citer cet article

613 Accès

Détails des métriques

La mise en forme dynamique du faisceau à phase uniquement avec un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides est une technique puissante pour adapter le profil d'intensité ou le front d'onde d'un faisceau. Bien que la mise en forme et le contrôle du champ lumineux soient un sujet très étudié, la mise en forme dynamique du faisceau non linéaire a à peine été explorée jusqu'à présent. Une raison potentielle est que la génération de la deuxième harmonique est un processus dégénéré car elle mélange deux champs à la même fréquence. Pour surmonter ce problème, nous proposons l'utilisation de l'adaptation de phase de type II comme mécanisme de contrôle permettant de distinguer les deux champs. Nos expériences démontrent que des distributions d'intensité arbitraire peuvent être façonnées dans le champ converti en fréquence avec la même qualité que pour la mise en forme de faisceau linéaire et avec des efficacités de conversion similaires à celles sans mise en forme de faisceau. Nous envisageons cette méthode comme une étape importante vers la mise en forme du faisceau au-delà des limites physiques des écrans à cristaux liquides en facilitant la mise en forme dynamique du faisceau uniquement en phase dans la plage spectrale ultraviolette.

Le premier laser opérationnel au début des années 19601 a marqué l’aube de nombreux domaines de recherche en optique moderne, même si certains de leurs effets fondamentaux avaient déjà été démontrés ou proposés en théorie des décennies plus tôt. L'holographie et l'optique non linéaire ont émergé indépendamment l'une de l'autre, mais les deux domaines ont bénéficié de la grande cohérence et de la grande puissance des nouvelles sources lumineuses.

L'holographie est basée sur l'interférence des ondes lumineuses et intègre des informations de phase et d'amplitude pour aller au-delà de la photographie. La mise en forme dynamique du faisceau à phase uniquement avec un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides (LC-SLM) est une méthode issue de l'holographie pour contrôler arbitrairement la distribution de l'intensité du faisceau avec de nombreuses applications dans la recherche2,3,4 et l'industrie5,6,7. Comme cette méthode module uniquement le front d’onde, il n’y a pas de pertes significatives. Comme inconvénient, les écrans à cristaux liquides sont techniquement limités aux plages spectrales visible, proche infrarouge et moyen infrarouge. Ce n'est pas un problème insurmontable, car les processus de conversion de fréquence tels que la génération de seconde harmonique ou la génération de fréquence somme sont des processus cohérents qui préservent la phase de l'onde fondamentale incidente. La combinaison de l'optique non linéaire et de l'holographie permet de façonner le champ lumineux au niveau fondamental tout en obtenant le résultat souhaité au niveau du champ converti en fréquence. Même si les deux domaines de recherche peuvent être combinés, le concept d’holographie non linéaire n’est qu’émergent.

Yariv a montré il y a plusieurs décennies que le mélange à quatre ondes pouvait être interprété comme un enregistrement et une reconstruction holographiques et a proposé de l'utiliser pour la réalisation d'une holographie en temps réel8. Dans ce processus, l'interaction entre les champs peut être interprétée comme un champ diffracté par le motif façonné d'un autre champ. Entre-temps, de nombreuses recherches ont suivi sur la conversion non linéaire de la lumière structurée pour la conservation des singularités9,10 et du moment angulaire orbital ou de spin et des faisceaux vortex11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22, 23,24. Ici, les principes physiques de la conversion non linéaire de la lumière structurée ont été bien explorés et plusieurs travaux utilisent des caractéristiques de faisceau telles que la polarisation19,25,26, des longueurs d'onde différentes15,17,18 ou des géométries non colinéaires20 comme mécanisme de contrôle pour la conversion non linéaire. de vortex optiques. Le récent article de synthèse publié par Buono et Forbes donne un aperçu de l'optique non linéaire à lumière structurée27.

Actuellement, il existe deux approches principales de l'holographie non linéaire : structurer directement le cristal non linéaire ou imager le plan d'un LC-SLM dans le cristal.

La structuration 3D du cristal non linéaire conduit à une modulation de la susceptibilité non linéaire qui façonne le front d'onde du champ lumineux émergent. De tels éléments sont appelés cristaux photoniques non linéaires car la modulation de la susceptibilité non linéaire affecte la génération et la propagation du faisceau28,29,30,31,32,33,34. Il existe des démonstrations d'un hologramme binaire dans un cristal non linéaire35, un élément structuré combiné à une lumière structurée36,37 ou des métasurfaces plasmoniques38,39. De tels cristaux non linéaires structurés en 3D agissent comme des hologrammes de volume ou des réseaux phasés et donnent en théorie plus de degrés de liberté qu'un hologramme mince. Comme leur mise en œuvre est techniquement difficile, la liberté de conception est jusqu'à présent fortement limitée et seules des solutions statiques sont possibles. De telles limitations pratiques motivent à considérer des hologrammes fins, plus faciles à réaliser.