Когерентное фонон-индуцированное гигагерцовое оптическое двулучепреломление, реализованное в титанате стронция
Используя сверхбыструю технологию обнаружения накачки с временным разрешением, исследователи под руководством профессора Шэна Чжигао из Института физических наук Хэфэя (HFIPS) Китайской академии наук осуществили модуляцию двойного лучепреломления на гигагерцовой (ГГц) частоте, индуцированную сверхбыстрыми когерентными фононами в титанате стронция (SrTiO3). По словам исследователей, рабочая частота оказалась намного выше частоты среза коммерчески доступных фотоупругих модуляторов. Исследование было опубликовано в Advanced Science.
Схематическая диаграмма принципа когерентного двулучепреломления на частоте ГГц, индуцированного акустическими фононами (слева); Поведение оптического двойного лучепреломления при различной ориентации решетки STO (справа). Кредит: Сунь Тао
Специальный материал с двулучепреломлением может формировать свет. Фотоупругий модулятор, основанный на технологии модуляции двулучепреломления, является одним из основных компонентов современной оптической техники. В настоящее время большинство фотоупругих модуляторов используют механическое напряжение, создаваемое пьезоэлектрическими материалами, для управления фотоупругими кристаллами для достижения модуляции двойного лучепреломления, а их рабочая частота ограничена резонансной частотой фотоупругих/пьезоэлектрических кристаллов, которая обычно составляет порядка килогерц (кГц). . Поэтому существует острая необходимость в разработке двулучепреломляющих материалов и методов модуляции с рабочей частотой гигагерца.
«Мы обнаружили гигагерцовый оптический эффект двойного лучепреломления, индуцированный сверхбыстрыми когерентными фононами в кристаллах перовскита SrTiO3, и оптически манипулировали им, — сказал Шэн Жигао, соответствующий автор исследования, — используя сверхбыструю систему накачки-зонда в нашем магнитооптическом магнитном поле с высоким магнитным полем».
Во-первых, они использовали сверхбыстрые лазерные импульсы для генерации когерентных акустических фононов с малым затуханием в гетероструктуре преобразователь/SrTiO3.
После проверки ряда материалов они обнаружили, что тонкие полупроводниковые пленки LaRhO3 в качестве преобразователей могут обеспечить относительно высокую эффективность преобразования энергии фотон-фонон.
Затем в оптимизированной гетероструктуре обнаружено, что сверхбыстрые когерентные акустические фононы могут индуцировать оптическое двойное лучепреломление с гигагерцовой частотой в чувствительных к напряжениям кристаллах SrTiO3.
Кроме того, исследователи осуществили оптическую манипуляцию когерентными фононами и их индуцированным двулучепреломлением в диапазоне ГГц с использованием метода двойной накачки.
Это открытие раскрывает механизм сверхбыстрой оптической модуляции двойного лучепреломления и обеспечивает техническую основу для применения высокочастотных акустооптических устройств ГГц.
