デジタルレーザーの軌道角運動量(Orbital Angular Momentum: OAM)コームモードの需要

研究背景と意義

情報技術が日々進化する中、高容量データ伝送の要求はますます厳しくなっています。光の軌道角運動量（OAM）は、その無限次元の特性から、巨大な可能性を秘めた情報キャリアとみなされています。任意のOAMスペクトルをオンデマンドで生成できること、特に周波数コームのようなOAMコームモードを実現することが重要です。しかし、現行技術では、発端で自由に切り替え可能なデジタルOAMコームレーザーの実現には課題が残っています。特にリアルタイムで制御可能な多OAMモードの切り替えが重要であり、その需要は高まる一方です。本研究では、発端で便利にかつ動的に切り替え可能なデジタルOAMコームレーザーの開発に取り組んでおり、高次元技術の発展をさらに推進し、高次元OAMモードの基礎研究と応用において新たな機会を模索しています。

論文の出典

本研究は南京大学の国家固体微構造実験室と物理学院の任志成、樊丽、郑子默、刘志峰、楼艳超、黄双银、陈超、李永男、涂诚厚、丁建平、王希林、王辉田が共同で完成させ、2024年5月7日に受理され、同年7月10日に《Optica》に発表されました。

研究方法とプロセス

研究チームは、重要な設計思想を提案しました。つまり、退化腔を安定した環状腔に組み込んで、「位相の自由度」の操作を通じて柔軟で動的に切り替え可能なデジタルOAMコームレーザーを作成する方法です。彼らは反射型位相オンリー空間光変調器を用いた共役二重折り対称多渦位相デジタルホログラフィックミラーを使用して、ネストされた環状腔の構築を採用しました。全体の研究プロセスでは、精密に設計された腔体配置と効果的で水冷機能付きのSLMモジュールを用いて、出力パワーの向上を達成し、SLMの損傷を防ぎました。

研究結果

実験では、チームはまずパッシブ設定下で多渦位相ホログラムが生成するOAMスペクトルを特徴付けました。結果は、設計されたOAMコームモードが最大64本のコーム構造を生成できることを示しました。その後、発端で単一のOAMモードを生成する実現可能性を探索し、提案されたデジタル環状レーザーが高純度かつ高次|128|の単一OAMモードを実現できることを検証しました。さらに、特定の初期位相を設計することによって、任意分布のOAMスペクトルを成功裏に実現しました。これは高次元応用にとって極めて重要です。

結論と応用価値

本研究では、発端で動的かつオンデマンドで切り替え可能なデジタルOAMコームレーザーの実現に成功しました。これは、高容量OAM資源の積極的な制御と多重化において重要な進展を示しています。このソリューションは新型レーザー技術の発展に寄与し、線形および非線形の多OAMモードの生成に対してツールボックスを提供します。

研究のハイライト

本研究のハイライトは以下の通りです：

• レーザーから直接複数のOAMモードを出力できる革新的なパラメトリック環状腔構造を設計。
• 最大で128次の単一OAMモードおよび最大64本のOAMコームモードを実現。
• 任意のエンコードされたOAMスペクトルの相対的強度を許可するこの設計戦略を証明。
• 多モードOAMコーム構造の生成におけるデジタルレーザーの試みに関する深い洞察を展開。
• 基礎研究と応用の新しい発展機会を提供。