Een nieuwe publicatie van Opto-Electronic Advances overzichten ultrasnelle multi-target controle van strak gerichte lichtvelden.

Ruimte-tijd-vorming van ultrasnelle pulslasers wordt beschouwd als een krachtig hulpmiddel voor de ontwikkeling van zeer efficiënte lasertrapping, ultrasnelle optische steeksleutel, nauwkeurige tijdresolutiemeting, ultrasnelle spectroscopie, geïntegreerde optische chip en beeldvorming met hoge resolutie. In dit opzicht zijn talrijke onderzoeksinspanningen gewijd aan het bereiken van de specifieke ruimtelijke modulatie en temporele codering van lichtvelden. Deze werken richten zich echter voornamelijk op de enkelvoudig functionele ruimte-tijdvormgeving van lichtvelden en zien de variatiedetails van lichtvelden binnen een ultrakort tijdsregime over het hoofd. Dus, hoe de ultrasnelle multi-target controle van lichtvelden te realiseren door de vector-vortex (ruimtelijke) eigenschappen te combineren met de ultrasnelle tijd (temporele) variaties is tot nu toe ongrijpbaar gebleven. Het heeft niet alleen leerzame inzichten in de ultrasnelle interacties tussen licht en materie belemmerd, maar ook de toepassingen in de nieuwe instellingen voor optische pincetten.

Onderzoekers onder leiding van professor Baohua Jia van de Swinburne University of Technology, Australië, en Dr. Zhongquan Nie van de Taiyuan University of Technology, presenteerden een nieuw concept voor het realiseren van ultrasnelle modulatie van multi-target brandpuntsvelden op basis van de gemakkelijke combinatie van de tijdsafhankelijke vectoriële diffractietheorie met de snelle Fourier-transformatie. Dit wordt bereikt door radiaal gepolariseerde femtoseconde pulsvortex-laserstralen strak te focussen in een enkele objectieflensgeometrie, zoals getoond in Fig. 1. Er werd ontdekt dat de ultrasnelle temporele vrijheidsgraad binnen een configureerbare tijdelijke duur (~ 400 fs) een cruciale rol speelt rol bij het bepalen van de rijke en exotische kenmerken van het gefocusseerde lichtveld tegelijk, namelijk helder-donkerafwisseling, periodieke rotatie en longitudinale / transversale polarisatieconversie. De onderliggende controlemechanismen zijn op hun beurt onthuld door het creëren van nul- of π-fasevariatie, tijdsafhankelijke Gouy-faseverschuiving en herverdeling van energieflux, zoals getoond in Fig. 2. Bovendien zijn de eerste experimentele resultaten die door dit werk worden aangetoond goed in overeenstemming met hun voorgestelde theoretische voorspellingen en numerieke analyses, zoals aangetoond in Fig. 3.

De voordelen van dit werk liggen in het niet alleen mogelijk maken van een zeer efficiënte werking en het ontwerp van optische instellingen met een lage complexiteit, maar ook in het vergroten van de controleerbare temporele vrijheidsgraad in de praktische optische pincetstrategieën in vergelijking met die van traditionele benaderingen. Wat nog belangrijker is, is dat de gepresenteerde routes in staat zijn om tegelijkertijd meerdere en controleerbare doelen van lichtvelden te bereiken in een configuratie met één geometrie. Behalve dat ze van academisch belang zijn in diverse ultrasnelle spectrale regimes, beloven deze eigenaardige gedragingen van de ruimte-tijd evolutionaire bundels productieve ultrasnel-gerelateerde toepassingen te ondersteunen, zoals multifunctionele geïntegreerde optische chip, zeer efficiënte laservangst, microstructuurrotatie, optische microscopie met superresolutie , nauwkeurige optische metingen en tracking van levendigheid.

Spectraal-volumetrisch gecomprimeerde ultrasnelle fotografie legt tegelijkertijd 5D-gegevens vast in een enkele momentopname