Elastyczne urządzenie metafibrowe może generować skyrmiony optyczne z designerskimi teksturami topologicznymi i funkcjami podfalowymi

Skyrmionyznane ze swoich skomplikowanych konfiguracji spinów, urzekły badaczy jako topologiczne kwazicząstki o ogromnym potencjale w zakresie przechowywania danych i technologii informatycznych. Ostatnio, Skyrmiony optyczne— oparte na świetle odpowiedniki tych kwazicząstek — okazały się obiecującą drogą do opracowania zaawansowanych systemów optycznych o unikalnych właściwościach topologicznych.

Istniejące metody generowania skyrmionów optycznych zazwyczaj wymagają nieporęcznych i złożonych konfiguracji przestrzennej modulacji światła, co ogranicza ich skalowalność i praktyczne zastosowanie. Chociaż zaproponowano podejścia wykorzystujące pola zanikające lub magnetyczne, metody te są ograniczone do optyczne pola bliskieco sprawia, że ​​wykrywanie jest trudne, a propagacja w wolnej przestrzeni na duże odległości jest prawie niemożliwa. Uzyskanie skyrmionów optycznych o długości poniżej fali bez polegania na uciążliwych systemach było jak dotąd stałym wyzwaniem.

Metawłókna dla skyrmionów Stokesa

Aby sprostać temu wyzwaniu, opracowaliśmy elastyczne urządzenie z metafibry zdolne do generowania skyrmionów optycznych z dostosowywalnymi teksturami topologicznymi i niespotykanymi dotąd cechami polaryzacji podfalowej (rys. 1). Zainspirowana technologią laboratorium na włóknie, ta platforma metafiber zawiera metastruktury bezpośrednio na końcówki włókien, umożliwiając tworzenie strukturyzowane pola świetlne z precyzyjnie dostrajanymi charakterystykami topologicznymi. Nasze badanie jest opublikowany w dzienniku Komunikacja przyrodnicza.

Jak pokazano na rys. 2, konstrukcja metawłókna obejmuje włókno jednomodowe utrzymujące polaryzację (PSF), sekcję rozszerzającą i metapowierzchnię na końcówce światłowodu. Łącząc ortogonalnie spolaryzowane wiązki Bessela (zerowego i pierwszego rzędu) z orbitalnym momentem pędu (OAM), urządzenie wytwarza skyrmiony Stokesa. Dostosowania do projektu metapowierzchni pozwalają na tworzenie różnych typów skyrmionów, w tym Néel-, Bloch- i anty-skyrmionów.

Praca ta może wyznaczyć nowy kierunek w badaniach nad optycznym skyrmionem, łącząc meta-fotonikę i technologię światłowodów, oferując wszechstronne i ultrakompaktowe urządzenie do tworzenia światła strukturalnego. Dzięki możliwości wytwarzania wysokiej jakości skyrmionów o różnorodnych topologiach platforma metafibrowa otwiera ekscytujące możliwości w zakresie komunikacji optycznej, przechowywania danych i nie tylko.

Podsumowanie i perspektywy

Skyrmiony optyczne to topologiczne struktury świetlne o niezwykłych właściwościach. Przedstawiamy metawłókna jako kompaktowe, zintegrowane urządzenia do generowania skyrmionów fotonicznych o designerskich topologiach i kontroli polaryzacji podfalowej. Postępy te oferują praktyczną ścieżkę realizacji światła strukturalnego dla zaawansowanych technologii optycznych.

Przyszłe prace mogą obejmować dodatkowe funkcjonalności, takie jak wirujące skyrmiony i rekonfigurowalne metapowierzchnie obsługiwane przez zmiana fazowa Lub Materiały 2Djeszcze bardziej poszerzając zakres topologicznie skonstruowanych pól świetlnych.

Zastosowanie włókien metastrukturalnych podkreśla transformacyjny potencjał badania światła strukturalnego, spinu elektromagnetycznego i wyrafinowanej topologii pola świetlnego, torując drogę do dalszych praktycznych zastosowań skyrmionów optycznych i innych zastosowań w fizyce optycznej i nanofotonice.

Ta historia jest częścią Dialog Nauka Xgdzie badacze mogą zgłaszać wnioski z opublikowanych artykułów naukowych. Odwiedź tę stronę aby uzyskać informacje na temat Dialogu Science X i sposobu wzięcia w nim udziału.

Yuan Meng uzyskał tytuł doktora inżynierii optycznej na Uniwersytecie Tsinghua, a obecnie jest stażystą podoktorskim na Washington University w St Louis.