(a) Immagine SEM di un array NR con un gap di 50 nm nella direzione dell'asse lungo (Gy) e un gap di 300 nm nella direzione dell'asse corto (Gx). La barra della scala orizzontale rappresenta 200 nm. L'inserto mostra un singolo NR da questo array, che ha una lunghezza (L) di 445 nm e una larghezza (W) di 120 nm. La barra della scala verticale rappresenta 100 nm. (b) La trasmissione sperimentale (cerchi rossi) dell'array NR in funzione della potenza in ingresso con la polarizzazione di eccitazione di 18° rispetto all'asse lungo del NR. La profondità di modulazione Md e la trasmissione tipica Tt sono definite dai raccordi corrispondenti (curva blu). La trasmissione è normalizzata al valore del vicino vetrino vuoto. (c) Potenza di eccitazione sperimentale e trasmissione non lineare dipendente dalla polarizzazione di un array di NR. (d) Lo schema del laser a fibra ultraveloce autocostruito che integra NR litografici come assorbitore saturabile, dove LD rappresenta il diodo laser, Multiplexing WDM a divisione di lunghezza d'onda, Fibra EDF drogata con erbio, isolatore ottico ISO, Regolatore di polarizzazione per PC, C1, 2 collimatori e O1, 2 obiettivi. (e) Treno di impulsi mostrato sull'oscilloscopio in breve (300 ns, pannello inferiore) e lungo (10 ms, pannello superiore) intervalli di tempo. Credito:di Jiyong Wang, Aurelien Coillet, Olivier Demichel, Zhiqiang Wang, Davide Rego, Alexandre Bouhelier, Philippe Grelu e Benoit Cluzel
Le metasuperfici plasmoniche sono fogli artificiali 2-D di cellule unitarie plasmoniche ripetute in un array di lunghezze d'onda inferiori, che danno luogo a proprietà ondulatorie inaspettate che non esistono in natura. In regime lineare, le loro applicazioni nella manipolazione del fronte d'onda per il lensing, l'olografia o il controllo della polarizzazione sono stati studiati intensamente. Però, raramente sono state riportate applicazioni in regime non lineare. Considerando la crescente domanda di assorbitori saturabili, una classe speciale di dispositivi non lineari in cui la trasparenza (o assorbimento) dipende dall'intensità della luce, per laser ultraveloci e circuiti neuromorfici, scienziati francesi, La Cina e il Brasile hanno sviluppato metasuperfici plasmoniche che forniscono un assorbimento saturabile notevolmente efficiente che può essere sintonizzato con la polarizzazione della luce.
In un nuovo articolo pubblicato su Luce:scienza e applicazioni , scienziati del Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, all'Université Bourgogne— Franca Contea, Francia; dal laboratorio chiave di fabbricazione e caratterizzazione micro/nano 3D della provincia di Zhejiang, Scuola di Ingegneria, Università di Westlake, Cina; e collaboratori del Dipartimento di Elettrotecnica, Istituto Federale di Bahia, Brasile, impiegato nanotecnologie planari per fabbricare metasuperfici plasmoniche 2-D con la dimensione precisa, gap e orientamento e quindi modalità plasmonica ben controllata che le controparti sintetizzate chimicamente gestiscono a malapena. L'assorbimento saturabile non lineare sotto intenso pompaggio laser è stato sistematicamente studiato alterando la potenza di eccitazione, la polarizzazione ei parametri geometrici delle metasuperfici plasmoniche. E' stato quantificato il legame tra l'assorbimento polarimetrico saturabile e il paesaggio plasmonico delle metasuperfici. Più interessante, i ricercatori hanno implementato le metasuperfici saturabili in un'architettura di cavità laser a fibra e hanno ottenuto una generazione di impulsi laser ultracorti auto-inizianti stabili.
Hanno studiato diversi paesaggi plasmonici come nanobarre, nanocross e nanoring come assorbitori saturabili per generare impulsi laser ultraveloci. Sorprendentemente, hanno misurato la profondità di modulazione dell'assorbimento saturabile di tali metasuperfici plasmoniche fino al 60%. "Profondità di modulazione così elevate sono rare, soprattutto per le metasuperfici sottili:un confronto tra assorbitori saturabili 2-D mostra che la massima profondità di modulazione riportata è inferiore all'11%, e uno studio simile con nanotubi di oro colloidale riporta una profondità di modulazione di solo il 5% circa. Un tipico SESAM (specchio assorbitore saturabile a semiconduttore) può presentare una profondità di modulazione superiore al 30%, ma da un dispositivo molto più spesso, " disse il prof. Grelu.
"Il punto chiave è trovare la relazione quantitativa tra l'assorbimento non lineare e le modalità plasmoniche specifiche e questo potrebbe essere ottenuto solo utilizzando le nanotecnologie planari per fabbricare le metasuperfici plasmoniche, e. G. litografia a fascio di elettroni, piuttosto che semplicemente rivestire per rotazione le nanoparticelle colloidali sulla fibra o immergere la fibra nelle soluzioni di nanoparticelle, " disse il dottor Cluzel.
Integrando le metasuperfici plasmoniche all'interno di una sezione in spazio libero dell'architettura laser in fibra, i ricercatori hanno finalmente ottenuto un funzionamento stabile del laser in modalità auto-bloccata. La durata tipica di un singolo impulso solitonico è 729 fs, con un ampio rapporto segnale-rumore di 75 dB nel dominio della radiofrequenza.
"Abbiamo convalidato l'assorbimento saturabile come proprietà ottica non lineare generale delle nanostrutture metalliche, un fenomeno ben noto per i semiconduttori. Ma ancora più importante, abbiamo dimostrato una promettente applicazione per la plasmonica non lineare, un metodo a cui la maggior parte degli studi correlati ha prestato poca attenzione, " ha aggiunto il dottor Jiyong Wang.
