Escrita direta a laser de femtosegundo de oscilações de Bloch em redes ópticas de floquet

Em 28 de abril de 2024, a equipe do Prof. Shu Xuewen da Universidade de Ciência e Tecnologia Huazhong (HUST), em colaboração com a equipe do Prof. Sun Xiankai da Universidade Chinesa de Hong Kong (CUHK), publicou o mais recente progresso da pesquisa Observação visual de fotônica Oscilações Floquet-Bloch.
As oscilações de Bloch são um fenômeno clássico de transporte quântico coerente que se manifesta como oscilações periódicas de partículas quânticas em um campo potencial periódico sob a ação de uma força constante aplicada. Como efeito físico fundamental, as oscilações de Bloch foram descobertas e investigadas em uma variedade de sistemas, como superredes semicondutoras, átomos ultrafrios, matrizes de guias de onda acopladas e redes fotônicas dimensionais sintéticas, etc. pesquisa em física, mas também fornece novas idéias e métodos para manipulação flexível da evolução da função de onda. No entanto, os estudos sobre o fenômeno de oscilação de Bloch têm se concentrado principalmente em sistemas estáticos, e o fenômeno de oscilação de Bloch em sistemas acionados periodicamente (Floquet) precisa ser mais explorado em profundidade.

Figura 1. (a) Esquema do conjunto de guias de ondas de gravação direta a laser de femtossegundos. (b) Fotografia da seção transversal da amostra preparada experimentalmente. (c) Foto de vista superior da amostra preparada experimentalmente.
Para resolver este problema este estudo investiga o fenômeno de oscilação de Bloch no sistema Froché usando um conjunto de guias de onda unidimensionais dobrados preparado por escrita direta a laser de femtossegundos propõe uma teoria geral do fenômeno de oscilação de Bloch na rede óptica de Froché e visualiza experimentalmente e observa o fenômeno de oscilação óptica de Froché-Bloch. Como mostrado na Fig. 1, a trajetória de flexão do guia de ondas na matriz é uma trajetória composta que consiste em flexão circular sobreposta à flexão periódica. Sob a aproximação do eixo noturno, a equação de flutuação que descreve a evolução do transporte de luz neste conjunto de guias de ondas é matematicamente equivalente à equação de Schrödinger que descreve a evolução dependente do tempo dos elétrons em um campo potencial periódico sob a ação de um campo elétrico aplicado, e a direção do transporte da luz no conjunto de guias de onda é equivalente ao termo de tempo na equação de Schrödinger. A curvatura da trajetória de curvatura do guia de ondas é considerada como a força do campo elétrico equivalente atuando na onda de luz transmitida, onde a trajetória de curvatura circular gera a força de campo elétrico constante equivalente que leva às oscilações de Bloch, e a trajetória de curvatura periódica gera o campo elétrico periódico equivalente força a introdução da modulação Frohnke. Assim, o arranjo de guias de onda permite a observação do fenômeno de oscilação de Bloch em uma rede óptica Floquet.

Figura 2. (a)-(d) Observações experimentais na excitação de guia de onda único. (e)-(h) Observações experimentais em excitação de feixe largo.
Neste estudo, a evolução da transmissão contínua de ondas de luz em matrizes de guias de ondas foi visualizada e observada por meio de microscopia de fluorescência de guia de ondas. A Figura 2 mostra os modos de respiração e oscilação do fenômeno de oscilação de Bloch na rede óptica de Froquet para incidência de guia de onda único e incidência de feixe amplo, respectivamente. Quando o período de modulação Floquet é diferente de qualquer múltiplo inteiro do período de oscilação de Bloch, a dispersão de Floquet é constante e igual a zero, e oscilações ópticas de Floquet-Bloch com um período que é o mínimo múltiplo comum do período de modulação de Floquet e do Bloch período de oscilação ocorrer. Nos demais casos, a dispersão do Floquet não é mais igual a 0, e a transmissão da luz é geralmente caracterizada por difração difusa. Além disso, os pesquisadores investigaram teórica e experimentalmente o efeito dos parâmetros de modulação Flokay nas oscilações ópticas Flokay-Bloch, revelando a natureza evolutiva única do fenômeno, incluindo as propriedades espectrais fractais associadas ao período de modulação Flokay e ao Flokay de ordem fracionária. propriedades de tunelamento associadas à amplitude de modulação Flokay.

Figura 3. (a) Propriedades espectrais fractais de oscilações ópticas de Froquet-Bloch. (b) Propriedades de tunelamento Floquet-Bloch de ordem fracionária de oscilações ópticas Floquet-Bloch.
A observação visual das oscilações ópticas de Floquet-Bloch revela um novo mecanismo de evolução da função de onda, que é de grande importância tanto na pesquisa fundamental quanto nas aplicações práticas. Em termos de pesquisa fundamental, o modelo teórico e a plataforma experimental apoiam uma exploração mais aprofundada dos novos fenômenos decorrentes da interação do projeto e modulação das oscilações de Frohike-Bloch com redes binárias, redes não Ermianas e não linearidades ópticas; e em termos de aplicações práticas, as oscilações ópticas de Frohike-Bloch são essencialmente um fenômeno de transporte coerente e, portanto, podem ser estendidas a uma variedade de pesquisas. plataformas como redes sintéticas no domínio da frequência, átomos frios, cristais espaço-temporais e caminhadas quânticas, e espera-se que sejam usadas para realizar a conversão de frequência, medições de precisão e a manipulação de uma variedade de transmissões de ondas.