Penulisan Langsung Laser Femtosecond Dari Osilasi Bloch dalam Kisi Floquet Optik

Pada tanggal 28 April 2024, tim Prof. Shu Xuewen di Huazhong University of Science and Technology (HUST), bekerja sama dengan tim Prof. Sun Xiankai di Chinese University of Hong Kong (CUHK), menerbitkan kemajuan penelitian terbaru Pengamatan visual fotonik Osilasi Floquet -Bloch.
Osilasi Bloch adalah fenomena transpor kuantum koheren klasik yang diwujudkan sebagai osilasi periodik partikel kuantum dalam medan potensial periodik di bawah aksi gaya konstan yang diterapkan. Sebagai efek fisik mendasar, osilasi Bloch telah ditemukan dan diselidiki dalam berbagai sistem, seperti superlattice semikonduktor, atom ultradingin, susunan pandu gelombang berpasangan, dan kisi fotonik dimensi sintetik, dll. Hasil penelitian terkait tidak hanya mendorong pengembangan fundamental penelitian fisika, tetapi juga memberikan ide dan metode baru untuk manipulasi fleksibel evolusi fungsi gelombang. Namun, studi tentang fenomena osilasi Bloch terutama berfokus pada sistem statis, dan fenomena osilasi Bloch pada sistem yang digerakkan secara berkala (Floquet) perlu dieksplorasi lebih lanjut secara mendalam.

Gambar 1. (a) Skema susunan pandu gelombang penulisan langsung laser femtosecond. (b) Foto penampang sampel yang disiapkan secara eksperimental. (c) Foto tampak atas sampel yang disiapkan secara eksperimental.
Untuk mengatasi masalah ini, penelitian ini menyelidiki fenomena osilasi Bloch dalam sistem Froché menggunakan susunan pandu gelombang bengkok satu dimensi yang disiapkan dengan penulisan langsung laser femtosecond, mengusulkan teori umum fenomena osilasi Bloch dalam kisi optik Froché, dan secara eksperimental memvisualisasikan dan mengamati fenomena osilasi optik Froché-Bloch. Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, lintasan pembengkokan pandu gelombang dalam susunan adalah lintasan gabungan yang terdiri dari pembengkokan melingkar yang ditumpangkan pada pembengkokan periodik. Berdasarkan perkiraan sumbu malam, persamaan fluktuasi yang menggambarkan evolusi transpor cahaya dalam susunan pandu gelombang ini secara matematis setara dengan persamaan Schrödinger yang menggambarkan evolusi elektron yang bergantung pada waktu dalam medan potensial periodik di bawah aksi medan listrik yang diterapkan, dan arah transpor cahaya dalam susunan pandu gelombang setara dengan istilah waktu dalam persamaan Schrödinger. Kelengkungan lintasan pembengkokan pandu gelombang dianggap sebagai gaya medan listrik ekuivalen yang bekerja pada gelombang cahaya yang ditransmisikan, dimana lintasan pembengkokan melingkar menghasilkan gaya medan listrik konstan ekuivalen yang menyebabkan osilasi Bloch, dan lintasan pembengkokan periodik menghasilkan medan listrik periodik ekuivalen. memaksa memperkenalkan modulasi Frohnke. Dengan demikian, susunan pandu gelombang memungkinkan pengamatan fenomena osilasi Bloch dalam kisi Floquet optik.

Gambar 2. (a)-(d) Pengamatan eksperimental pada eksitasi pandu gelombang tunggal. (e)-(h) Pengamatan eksperimental pada eksitasi sinar lebar.
Dalam studi ini, evolusi transmisi gelombang cahaya secara terus menerus dalam susunan pandu gelombang divisualisasikan dan diamati menggunakan mikroskop fluoresensi pandu gelombang. Gambar 2 menunjukkan mode pernapasan dan osilasi dari fenomena osilasi Bloch dalam kisi Froquet optik untuk kejadian pandu gelombang tunggal dan kejadian sinar lebar. Ketika periode modulasi Floquet tidak sama dengan kelipatan bilangan bulat periode osilasi Bloch, dispersi Floquet adalah konstan dan sama dengan nol, dan osilasi optik Floquet-Bloch memiliki periode yang merupakan kelipatan persekutuan terkecil dari periode modulasi Floquet dan Bloch. periode osilasi terjadi. Dalam kasus lainnya, dispersi Floquet tidak lagi sama dengan 0, dan transmisi cahaya biasanya ditandai dengan difraksi difraksi. Selain itu, para peneliti secara teoritis dan eksperimental menyelidiki pengaruh parameter modulasi Flokay pada osilasi optik Flokay-Bloch, mengungkapkan sifat evolusi unik dari fenomena tersebut, termasuk sifat spektral fraktal yang terkait dengan periode modulasi Flokay dan orde pecahan Flokay. properti tunneling yang terkait dengan amplitudo modulasi Flokay.

Gambar 3. (a) Sifat spektral fraktal osilasi optik Froquet-Bloch. (b) Sifat penerowongan Floquet-Bloch tatanan pecahan dari osilasi optik Floquet-Bloch.
Pengamatan visual osilasi optik Floquet-Bloch mengungkapkan mekanisme baru evolusi fungsi gelombang, yang sangat penting baik dalam penelitian mendasar maupun aplikasi praktis. Dalam hal penelitian mendasar, model teoritis dan platform eksperimental mendukung eksplorasi lebih lanjut dari fenomena baru yang timbul dari interaksi desain dan modulasi osilasi Frohike-Bloch dengan kisi biner, kisi non-Ermian, dan nonlinier optik; dan dalam hal penerapan praktis, osilasi optik Frohike-Bloch pada dasarnya merupakan fenomena transpor yang koheren, dan dengan demikian dapat menjadi fenomena transpor yang koheren. platform seperti kisi domain frekuensi sintetis, atom dingin, kristal ruang-waktu, dan jalan kuantum, dan diharapkan dapat digunakan untuk mewujudkan konversi frekuensi, pengukuran presisi, dan manipulasi berbagai transmisi gelombang.