Пространственно-временная топология пар плазмонных спин-меронов, выявленная с помощью поляриметрической фотоэмиссионной микроскопии

Одним из наиболее мощных инструментов для изучения плазмонных волн является электронная микроскопия с временным разрешением, которая для наблюдения за волновым поведением использует ультракороткие лазерные импульсы. Недавно международная исследовательская группа существенно расширила границы этого метода. Как сообщается в Advanced Photonics, чтобы захватить полное электрическое поле плазмонных волн, учёные использовали несколько лазерных импульсов с задержкой по времени четырех разных поляризаций. Такой подход позволил достичь ранее невозможного уровня точности. Это исследование показывает, что теперь можно изучать сложные спиновые текстуры с высокой точностью и в чрезвычайно короткие сроки. Способность точно реконструировать полные электрические и магнитные поля поверхностных плазмон-поляритонов открывает новые возможности для изучения топологических свойств ближних электромагнитных полей, что может иметь важные последствия для будущих технологий на наноуровне.

Оптические скирмионы из метаволокон с субволновыми характеристиками

Существующие методы генерации оптических скирмионов обычно требуют громоздких и сложных установок пространственной модуляции света, что ограничивает их масштабируемость и практическое применение. Существующие методы генерации ограничены оптическими ближними полями, что делает сложным обнаружение скирмионов, а распространение в свободном пространстве на большие расстояния практически невозможным. Учёные разработали гибкое метаволоконное устройство, способное генерировать оптические скирмионы с настраиваемыми топологическими текстурами и беспрецедентными характеристиками субволновой поляризации. Эта метаволоконная платформа включает метаструктуры непосредственно на кончиках волокна, что позволяет создавать структурированные световые поля с точно настраиваемыми топологическими характеристиками. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. В будущих работах могут быть изучены дополнительные функциональные возможности, такие как спиновые скирмионы и реконфигурируемые метаповерхности, основанные на фазовом изменении или двумерных материалах, что еще больше расширит сферу применения топологически спроектированных световых полей.

Генерация высокоточных структурированных световых полей с помощью ультратонкого многомодового волокна с использованием фазового восстановления

Свет, передаваемый по оптическому волокну, искажается по мере распространения. Когда размер волокна приближается к ширине человеческого волоса, это искажение приводит к появлению явно случайного зернистого рисунка. Новые подходы по исправлению искажений приводят к несовершенным световым лучам, что делает их непригодными для микроскопии сверхвысокого разрешения или широкоугольной микроскопии. Команда учёных продемонстрировала, что можно заранее сформировать свет так, чтобы он мог генерировать любой желаемый оптический рисунок, даже после искажения. Метод, опубликованный в Advanced Optical Materials, обеспечивает беспрецедентный контроль над амплитудой, фазой и поляризацией луча на выходе волокна. В эксперименте были продемонстрированы проекции экзотических узоров света, таких как лучи Бесселя, лучи Эйри и лучи Лагерра-Гаусса, каждый из которых обладает уникальными свойствами, лежащими в основе современных методов микроскопии.

Создан первый в мире синий полупроводниковый лазер с перестраиваемой длиной волны

Учёные из Университета Осаки создали первый в мире компактный синий полупроводниковый лазер с перестраиваемой длиной волны, что является значительным достижением в области технологии дальнего ультрафиолета с многообещающим применением в стерилизации и дезинфекции. Работа опубликована в журнале Applied Physics Express. Высокоэффективные устройства преобразования длины волны имеют очень узкую полосу пропускания, что делает одноволновые лазеры идеальными в качестве источников возбуждения. Кроме того, важны точный контроль длины волны и возможность ее настройки. Хотя сообщалось о нескольких одноволновых синих лазерах с грубой периодической структурой, ни один из них не достиг настраиваемого управления длиной волны. Лазер с перестраиваемой длиной волны колеблется в диапазоне 405 нм, но его структуру можно легко адаптировать и к диапазону 460 нм.

Расширение запрещенной зоны по импульсу в фотонных кристаллах времени за счет резонансов

Международная исследовательская группа впервые разработала реалистичные фотонные кристаллы времени — экзотические материалы, которые экспоненциально усиливают свет. Этот прорыв открывает захватывающие возможности в таких областях, как связь, визуализация и зондирование, закладывая основу для более быстрых и компактных лазеров, датчиков и других оптических устройств. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics. В работе учёные предлагают с помощью теоретических моделей и электромагнитного моделирования первый практический подход к созданию "по-настоящему оптических" фотонных кристаллов времени. Используя массив крошечных кремниевых сфер, они предсказывают, что особые условия, необходимые для усиления света, которые ранее были недоступны, наконец-то могут быть достигнуты в лаборатории с использованием известных оптических методов.

Контролируемый перенос атомов с помощью когерентного туннелирования между оптическими пинцетами

Экспериментальная установка, построенная на физическом факультете Техниона, демонстрирует перенос атомов из одного места в другое посредством квантового туннелирования между оптическими пинцетами. Исследование, проведенное профессором Йоавом Саги и докторантом Янаем Флоршаймом из Института твердого тела, было опубликовано в журнале Science Advances. В основе эксперимента лежит оптический пинцет — экспериментальный инструмент для захвата атомов, молекул и даже живых клеток с помощью оптического потенциала, создаваемого лазерными лучами, сфокусированными в пятне микронного размера.

Обнаружен полностью оптический аналог ядерного магнитного резонанса с квантовыми жидкостями света

Исследователи из Сколтеха, Варшавского университета и Исландского университета продемонстрировали, что оптическими средствами можно возбудить и перемешать экситон-поляритонный конденсат, который излучает линейно поляризованный свет с осью поляризации, следующей за направлением перемешивания. Вращение линейной поляризации излучаемого света соответствует перемешиванию спина поляритона. Скорость такой модуляции во времени может достигать ГГц благодаря сверхбыстрой динамике поляритонной системы. Обнаружено, что эта прецессия происходит только при определенных резонансных условиях внешнего перемешивания и внутренних параметров системы. Работа опубликована в журнале Optica. Экспериментальная работа полностью проводилась в Центре фотоники Сколтеха.

Вынужденное рассеяние Бриллюэна на кристалле посредством поверхностных акустических волн

Группа исследователей впервые успешно применила лазеры для генерации направленных звуковых волн на поверхности микрочипа. Эти акустические волны, подобные поверхностным волнам, возникающим во время землетрясения, распространяются по чипу на частотах, почти в миллиард раз превышающих частоты, встречающиеся при землетрясениях. Удерживая звуковую волну на поверхности чипа, легче взаимодействовать с окружающей средой, что делает этот чип идеальным кандидатом для передовых сенсорных технологий. Результаты опубликованы в журнале APL Photonics. Метод, используемый исследователями, известен как вынужденное рассеяние Бриллюэна (ВРМБ). Это создается за счет расширенной петли обратной связи между фотонами (светом) и фононами (звуком). Когда свет движется вокруг чипа или оптического волокна, он создает звуковые вибрации. Раньше это считалось помехой в оптической связи, но затем ученые поняли, что могут объединить и усилить эту вибрацию как новый способ передачи и обработки информации. Процесс обратной связи позволяет световым волнам (обычно создаваемым лазерами) и звуковым волнам «сцепляться», увеличивая силу этого эффекта (обратной связи). Исследователи ожидают, что вынужденное рассеяние Бриллюэна найдет применение в сетях 5G/6G и широкополосных сетях, датчиках, спутниковой связи, радиолокационных системах, системах обороны и даже в радиоастрономии.

Новый квантовый лидар обеспечивает высокочувствительное обнаружение ветра на расстоянии 16 км

Исследовательская группа предложила теорию лидара для измерения ветра, основанную на квантовой интерференции с повышающим преобразованием, и успешно разработала прототип. Их работа опубликована в журнале ACS Photonics. Учёные предложили теорию использования HOM-интерференции и квантового стирания высокого порядка для демонстрации явлений квантовой интерференции с независимыми фотонами из разных источников света. HOM-интерференция — это квантовое оптическое явление, при котором интерференция возникает между двумя фотонами, даже если они не сосуществуют, демонстрируя корреляции. Квантовое стирание — это квантовомеханический процесс, который может устранить или восстановить квантовую запутанность между двумя фотонами, манипулируя дополнительными фотонами. Результаты показали, что эта квантовая лидарная система может записывать оптические сигналы в полосе пропускания более 17 ГГц (что соответствует 13 км/с) с частотой дискретизации МГц, решая проблемы с высокой частотой дискретизации и большими проблемами хранения данных для слабых сигналов при непрерывном обнаружении сверхбыстрых целей. Кроме того, в полевых экспериментах квантовая интерференционная лидарная система достигла обнаружения поля ветра на горизонтальном расстоянии 16 км с энергией 70 мкДж, улучшив чувствительность обнаружения в 7 раз по сравнению с существующими лидарными системами, с постоянством обнаружения поля ветра R² = 0,997.

Снижение потерь энергии в металлических наноструктурах за счет изменения геометрических размеров

Исследователи из Городского университета Гонконга (CityUHK) сделали открытие, которое значительно снижает потери энергии в металлических наноструктурах. Изменяя геометрические размеры этих структур, исследователи полностью раскрыли их потенциал, открыв путь для разработки более мощных и эффективных нанооптических устройств. Обнаружено новое универсальное правило — закон обратного квадратного корня, показывающее, как регулирование размеров плазмонных наноструктур может существенно снизить потери энергии. Это открытие устраняет разрыв между локализованными поверхностными плазмонными резонансами (LSPR) и поверхностными плазмонными поляритонами (SPP), что приводит к улучшению качества резонанса в металлических массивах на два порядка. Этот прорыв открывает захватывающие возможности для более сильных взаимодействий света и материи на наноуровне.