Besoins en modes peignes d’orbital angular momentum pour les lasers numériques

Contexte et importance de la recherche

Avec les progrès rapides de la technologie de l’information, les exigences pour une transmission de données à haute capacité deviennent de plus en plus strictes. L’Orbital Angular Momentum (OAM) de la lumière, en raison de sa dimension infinie inhérente, est considéré comme un vecteur d’information ayant un potentiel immense. Il est crucial de réaliser la génération à la demande de n’importe quel spectre OAM, en particulier des modes peignes OAM analogues aux peignes de fréquence. Cependant, les technologies actuelles rencontrent des défis pour réaliser une source numérique commutable OAM peigne dès la source. Cela est particulièrement vrai pour la commutation en temps réel de plusieurs modes OAM, dont la demande augmente progressivement. Cette recherche vise à développer un laser numérique OAM peigne qui permet une commutation dynamique et pratique dès la source, avec un objectif d’avancement dans la technologie de haute dimension, en particulier dans la recherche et l’application des modes OAM de haute dimension.

Source de l’article

Cette recherche a été réalisée conjointement par Ren Zhicheng, Fan Li, Zheng Zimo, Liu Zhifeng, Lou Yanchao, Huang Shuangyin, Chen Chao, Li Yongnan, Tu Chenghou, Ding Jianping, Wang Xilin et Wang Huitian du National Laboratory of Solid State Microstructures et School of Physics de l’Université de Nanjing. L’étude a été reçue le 7 mai 2024 et publiée le 10 juillet de la même année dans « Optica ».

Méthodologie et processus de recherche

L’équipe de recherche a proposé une idée de conception cruciale, intégrant un résonateur dégénéré dans une cavité annulaire stable, utilisant le contrôle des degrés de liberté de phase au lieu d’autres substituts pour créer un laser numérique OAM peigne flexible et commutable dynamiquement. Ils ont adopté une méthode de construction de cavité annulaire imbriquée, utilisant un modulateur spatial de lumière (SLM) à réflexion phase uniquement, chargé avec des hologrammes numériques à phase multi-hélice conjuguée et repliée symétriquement. Tout au long du processus de recherche, en concevant avec précision la configuration de la cavité et en utilisant des modules SLM refroidis par eau efficacement, ils ont atteint une puissance de sortie plus élevée tout en prévenant les dommages au SLM.

Résultats de la recherche

Dans les expériences, l’équipe de recherche a d’abord caractérisé le spectre OAM généré par l’hologramme à phase multi-hélice en configuration passive. Les résultats montrent que le mode peigne OAM conçu peut générer une structure peigne atteignant jusqu’à 64 dents. Ensuite, en explorant la faisabilité de générer à la source un mode OAM unique, ils ont confirmé que le laser annulaire numérique proposé peut réaliser des modes OAM uniques avec une pureté élevée et des ordres atteignant |128|. De plus, en concevant une phase initiale spécifique, ils ont réussi à générer des spectres OAM avec une distribution arbitraire, ce qui est crucial pour les applications à haute dimension.

Conclusion et valeur applicative

La recherche a réussi à réaliser un laser numérique peigne OAM commutable dynamiquement à la source, ce qui représente une avancée importante dans le contrôle actif des ressources OAM à haute capacité et leur multiplexage. La solution proposée contribue non seulement au développement de nouvelles technologies laser mais fournit aussi une boîte à outils pour la génération linéaire et non linéaire de modes OAM multiples.

Points forts de la recherche

Les points forts de cette recherche incluent :

• La conception d’une structure innovante de cavité annulaire paramétrique pouvant directement produire plusieurs modes OAM depuis le laser.
• La réalisation de modes OAM uniques avec des ordres atteignant 128 et de modes peigne OAM avec jusqu’à 64 dents.
• La démonstration que cette stratégie de conception permet de coder de manière arbitraire l’intensité relative du spectre OAM.
• Une exploration approfondie de la création de structures peignes multi-modes OAM avec des lasers numériques.
• Ouverture de nouvelles opportunités de développement pour la recherche fondamentale et les applications futures.