Optik floket panjaralarida blok tebranishlarini to'g'ridan-to'g'ri femtosekundli lazer bilan yozish

2024-yil 28-aprelda Huazhong Fan va Texnologiya Universitetidagi (HUST) professor Shu Xueven jamoasi Gonkongdagi Xitoy universiteti (CUHK) professori Sun Xiankai jamoasi bilan hamkorlikda fotonikning vizual kuzatuvi bo‘yicha so‘nggi tadqiqot jarayonini nashr etdi. Floquet-Bloch tebranishlari.
Blox tebranishlari - qo'llaniladigan doimiy kuch ta'sirida davriy potentsial maydonda kvant zarralarining davriy tebranishlari sifatida namoyon bo'ladigan klassik kogerent kvant tashish hodisasi. Fundamental fizik effekt sifatida Bloch tebranishlari yarimo'tkazgichli super panjaralar, o'ta sovuq atomlar, birlashtirilgan to'lqin o'tkazgich massivlari va sintetik o'lchovli fotonik panjaralar va boshqalar kabi turli tizimlarda kashf etilgan va tekshirilgan. Tegishli tadqiqot natijalari nafaqat fundamental fanlarning rivojlanishiga yordam beradi. fizika tadqiqotlari, balki to'lqin funksiyasi evolyutsiyasini moslashuvchan manipulyatsiya qilish uchun yangi g'oyalar va usullarni taqdim etadi. Biroq, Bloch tebranish fenomeni bo'yicha tadqiqotlar asosan statik tizimlarga qaratilgan va davriy ravishda boshqariladigan (Floquet) tizimlarda Bloch tebranish fenomeni yanada chuqurroq o'rganilishi kerak.

1-rasm. (a) Femtosekundli lazer to'g'ridan-to'g'ri yozish to'lqin o'tkazgich massivining sxemasi. (b) eksperimental tayyorlangan namunaning ko'ndalang kesimining fotosurati. (c) Eksperimental tayyorlangan namunaning yuqori ko'rinishidagi fotosurati.
Ushbu muammoni hal qilish uchun ushbu tadqiqot Froche tizimidagi Bloch tebranish hodisasini femtosekundli lazer to'g'ridan-to'g'ri yozish orqali tayyorlangan bir o'lchovli egilgan to'lqin uzatuvchi massiv yordamida o'rganadi, optik Froche panjarasida Bloch tebranish hodisasining umumiy nazariyasini taklif qiladi va eksperimental ravishda vizualizatsiya qiladi. optik Froche-Bloch tebranish hodisasini kuzatadi. 1-rasmda ko'rsatilganidek, massivdagi to'lqin o'tkazgichning egilish traektoriyasi davriy egilish ustiga qo'yilgan dumaloq egilishdan iborat kompozitsion traektoriyadir. Kechki o'qning yaqinlashuvi ostida, ushbu to'lqin o'tkazgich massividagi yorug'lik transportining evolyutsiyasini tavsiflovchi dalgalanma tenglamasi, qo'llaniladigan elektr maydoni ta'sirida davriy potentsial maydondagi elektronlarning vaqtga bog'liq evolyutsiyasini tavsiflovchi Shredinger tenglamasiga matematik jihatdan ekvivalentdir va to'lqin o'tkazgich massivida yorug'lik tashish yo'nalishi Shredinger tenglamasidagi vaqt muddatiga ekvivalentdir. To'lqin o'tkazgichning egilish traektoriyasining egriligi uzatilayotgan yorug'lik to'lqiniga ta'sir qiluvchi ekvivalent elektr maydon kuchi sifatida qaraladi, bunda aylana egilish traektoriyasi Bloch tebranishlariga olib keladigan ekvivalent doimiy elektr maydon kuchini hosil qiladi va davriy egilish traektoriyasi ekvivalent davriy elektr maydonini hosil qiladi. Frohnke modulyatsiyasini joriy qiluvchi kuch. Shunday qilib, to'lqin o'tkazgich massivi optik Floquet panjarasida Bloch tebranish hodisasini kuzatish imkonini beradi.

Shakl 2. (a)-(d) Bir to'lqinli qo'zg'alishda eksperimental kuzatishlar. (e)-(h) Keng nurli qo'zg'alishda eksperimental kuzatishlar.
Ushbu tadqiqotda to'lqin o'tkazgichli lyuminestsent mikroskop yordamida yorug'lik to'lqinlarining to'lqin o'tkazgich massivlarida uzluksiz uzatilishining evolyutsiyasi tasvirlangan va kuzatilgan. 2-rasmda mos ravishda bitta to'lqin o'tkazgich insidansi va keng nurlanish uchun optik Froquet panjarasidagi Bloch tebranish hodisasining nafas olish va tebranish rejimlari ko'rsatilgan. Floquet modulyatsiya davri Bloch tebranish davrining har qanday butun soniga teng bo'lmaganda, Floquet dispersiyasi doimiy va nolga teng bo'ladi va Floquet modulyatsiya davri va Blochning eng kichik umumiy karrali bo'lgan davrga ega optik Floquet-Bloch tebranishlari. tebranish davri sodir bo'ladi. Qolgan hollarda, Floquet dispersiyasi endi 0 ga teng emas va yorug'likning uzatilishi odatda diffuz diffraktsiya bilan tavsiflanadi. Bundan tashqari, tadqiqotchilar Flokay modulyatsiyasi parametrlarining optik Flokay-Bloch tebranishlariga ta'sirini nazariy va eksperimental ravishda o'rganib chiqdilar, bu hodisaning o'ziga xos evolyutsion tabiatini, shu jumladan Flokay modulyatsiya davri va Flokayning fraksiyonel tartibi bilan bog'liq fraktal spektral xususiyatlarini ochib berdi. Flokay modulyatsiyasi amplitudasi bilan bog'liq tunnel xususiyatlari.

3-rasm. (a) Froket-Blox optik tebranishlarining fraktal spektral xossalari. (b) Floquet-Bloch optik tebranishlarining kasr tartibidagi Floquet-Bloch tunnellash xususiyatlari.
Floquet-Bloch optik tebranishlarini vizual kuzatish fundamental tadqiqotlarda ham, amaliy qo'llanmalarda ham katta ahamiyatga ega bo'lgan to'lqin funksiyasi evolyutsiyasining yangi mexanizmini ochib beradi. Fundamental tadqiqotlar nuqtai nazaridan, nazariy model va eksperimental platforma Frohike-Bloch tebranishlarining ikkilik panjaralari, Ermian bo'lmagan panjaralari va optik chiziqli bo'lmaganligi bilan dizayn va modulyatsiyaning o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan yangi hodisalarni yanada tadqiq qilishni qo'llab-quvvatlaydi; va amaliy qo'llash nuqtai nazaridan, optik Frohike-Bloch tebranishlari mohiyatan izchil transport hodisasidir va shuning uchun bo'lishi mumkin. sintetik chastota-domen panjaralari, sovuq atomlar, fazo-vaqt kristallari va kvant yurishlari kabi platformalar va chastota konvertatsiyasini amalga oshirish, aniq o'lchovlar va turli xil to'lqin uzatishni manipulyatsiya qilish uchun ishlatilishi kutilmoqda.