الفيمتو ثانية ليزر الكتابة المباشرة لذبذبات البلوخ في شبكات الفلوكيه الضوئية

في 28 أبريل 2024، نشر فريق البروفيسور شو شيوين في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا (HUST)، بالتعاون مع فريق البروفيسور صن شيانكاي في الجامعة الصينية في هونغ كونغ (CUHK)، أحدث تقدم بحثي في ​​المراقبة البصرية للفوتونيات. فلوكيه - تذبذبات بلوخ.
تذبذبات بلوخ هي ظاهرة نقل كمي متماسكة كلاسيكية تتجلى في تذبذبات دورية للجسيمات الكمومية في مجال محتمل دوري تحت تأثير قوة ثابتة مطبقة. كتأثير فيزيائي أساسي، تم اكتشاف تذبذبات بلوخ والتحقيق فيها في مجموعة متنوعة من الأنظمة، مثل الشبكات الفائقة لأشباه الموصلات، والذرات فائقة البرودة، ومصفوفات الدليل الموجي المقترنة، والشبكات الضوئية ذات الأبعاد الاصطناعية، وما إلى ذلك. ولا تؤدي نتائج الأبحاث ذات الصلة إلى تعزيز تطوير العوامل الأساسية فحسب. أبحاث الفيزياء، ولكنها توفر أيضًا أفكارًا وطرقًا جديدة لمعالجة مرنة لتطور الدالة الموجية. ومع ذلك، فقد ركزت الدراسات حول ظاهرة تذبذب بلوخ بشكل أساسي على الأنظمة الثابتة، وتحتاج ظاهرة تذبذب بلوخ في الأنظمة ذات الدفع الدوري (Floquet) إلى مزيد من الاستكشاف المتعمق.

الشكل 1. (أ) رسم تخطيطي لمصفوفة الدليل الموجي للكتابة المباشرة بالليزر بالفيمتو ثانية. (ب) صورة للمقطع العرضي للعينة المعدة تجريبيا. (ج) صورة العرض العلوي للعينة المعدة تجريبيا.
لمعالجة هذه المشكلة، تبحث هذه الدراسة في ظاهرة تذبذب بلوخ في نظام فروشيه باستخدام مصفوفة دليل موجي منحنية أحادية البعد تم إعدادها بواسطة الكتابة المباشرة بالليزر الفيمتو ثانية، وتقترح نظرية عامة لظاهرة تذبذب بلوخ في شبكة فروشيه الضوئية، وتتصور تجريبيا يلاحظ ظاهرة التذبذب البصري Froché-Bloch. كما هو مبين في الشكل 1، فإن مسار انحناء الدليل الموجي في الصفيف هو مسار مركب يتكون من انحناء دائري متراكب على انحناء دوري. في ظل تقريب المحور المسائي، فإن معادلة التقلب التي تصف تطور نقل الضوء في مجموعة الدليل الموجي هذه تعادل رياضياً معادلة شرودنغر التي تصف تطور الإلكترونات المعتمد على الوقت في مجال محتمل دوري تحت تأثير مجال كهربائي مطبق، و اتجاه النقل الضوئي في مصفوفة الدليل الموجي يعادل الحد الزمني في معادلة شرودنغر. يعتبر انحناء مسار انحناء الدليل الموجي بمثابة قوة المجال الكهربائي المكافئة التي تعمل على موجة الضوء المرسلة، حيث يولد مسار الانحناء الدائري قوة المجال الكهربائي الثابتة المكافئة التي تؤدي إلى تذبذبات بلوخ، ويولد مسار الانحناء الدوري المجال الكهربائي الدوري المكافئ قوة إدخال تعديل Frohnke. وبالتالي، فإن مصفوفة الدليل الموجي تمكن من مراقبة ظاهرة تذبذب بلوخ في شبكة فلوكيت الضوئية.

الشكل 2. (أ)-(د) الملاحظات التجريبية في الإثارة الدليل الموجي واحد. ( هـ ) - ( ح ) الملاحظات التجريبية عند إثارة الشعاع العريض.
في هذه الدراسة، تم تصور وملاحظة تطور النقل المستمر للموجات الضوئية في صفائف الدليل الموجي باستخدام المجهر الفلوري للدليل الموجي. يوضح الشكل 2 أوضاع التنفس والتذبذب لظاهرة تذبذب Bloch في شبكة Froquet الضوئية لحدوث الدليل الموجي الفردي وحدوث الحزمة العريضة، على التوالي. عندما تكون فترة تعديل Floquet غير مساوية لأي عدد صحيح مضاعف لفترة تذبذب Bloch، يكون تشتت Floquet ثابتًا ويساوي الصفر، وتذبذبات Floquet-Bloch الضوئية ذات فترة هي المضاعف المشترك الأقل لفترة تعديل Floquet وBloch تحدث فترة التذبذب. وفي بقية الحالات لم يعد تشتت الفلوكيت يساوي 0، وعادة ما يتميز انتقال الضوء بالحيود المنتشر. بالإضافة إلى ذلك، قام الباحثون نظريًا وتجريبيًا بالتحقيق في تأثير معلمات تعديل Flokay على تذبذبات Flokay-Bloch الضوئية، وكشفوا عن الطبيعة التطورية الفريدة لهذه الظاهرة، بما في ذلك الخصائص الطيفية الكسورية المرتبطة بفترة تعديل Flokay والترتيب الجزئي Flokay. خصائص النفق المرتبطة بسعة تعديل Flokay.

الشكل 3. (أ) الخواص الطيفية الكسورية لتذبذبات Froquet-Bloch الضوئية. ( ب ) خصائص نفق Floquet-Bloch ذات الترتيب الجزئي لتذبذبات Floquet-Bloch الضوئية.
تكشف المراقبة البصرية لتذبذبات Floquet-Bloch البصرية عن آلية جديدة لتطور الدالة الموجية، والتي لها أهمية كبيرة في كل من البحوث الأساسية والتطبيقات العملية. فيما يتعلق بالبحث الأساسي، يدعم النموذج النظري والمنصة التجريبية مزيدًا من الاستكشاف للظواهر الجديدة الناشئة عن التفاعل بين تصميم وتعديل تذبذبات Frohike-Bloch مع الشبكات الثنائية، والشبكات غير الإرمينية، واللاخطية البصرية؛ ومن حيث التطبيقات العملية، تعد تذبذبات Frohike-Bloch الضوئية في الأساس ظاهرة نقل متماسكة، وبالتالي يمكن أن تكون في التطبيقات العملية، تعد تذبذبات Frohike-Bloch الضوئية في الأساس ظاهرة نقل متماسكة، وبالتالي يمكن توسيعها لتشمل مجموعة متنوعة من الأبحاث منصات مثل شبكات مجال التردد الاصطناعية، والذرات الباردة، وبلورات الزمكان، والمشي الكمي، ومن المتوقع أن تستخدم لتحقيق تحويل التردد، والقياسات الدقيقة، والتلاعب بمجموعة متنوعة من نقل الموجات.