Cientistas demonstram efeito THz Kerr gigante por meio de polaritons de fônons estimulados

As ondas de terahertz (THz) e as tecnologias THz gradualmente abriram um novo estilo para comunicações, armazenamento/computação baseados em nuvem, concurso de informações e ferramentas médicas. Com o avanço das tecnologias THz, estudos sobre óptica não linear THz surgiram, alcançando avanços consideráveis ​​tanto na física quanto na tecnologia.

No entanto, estudos sobre o efeito THz Kerr (TKE) ainda não podem dar suporte a um modelo tão fascinante. Na literatura, os resultados do TKE são fracos ou instáveis ​​em ocasiões de aplicação complicadas.

Em um novo artigo publicado em Luz: Ciência e Aplicaçõesuma equipe de cientistas, liderada pelo Professor Qiang Wu, Yao Lu e Jingjun Xu do Laboratório Principal de Fotônica Não Linear de Luz Fraca, Ministério da Educação, Instituto de Física Aplicada TEDA e Escola de Física, Universidade de Nankai, Tianjin, China, e colaboradores utilizaram um novo mecanismo de interação luz-matéria por meio de polaritons de fônons estimulados (SPhPs) e demonstraram um TKE gigante em uma microcavidade de Fabry-Pérot de niobato de lítio em escala de chip.

Sob a influência do TKE gigante, as mudanças no índice de refração dependentes da potência resultaram em mudanças de frequência dos modos ressonantes em uma microcavidade de modo único, que foram medidas e analisadas experimentalmente.

A suscetibilidade óptica não linear de terceira ordem aprimorada experimentalmente por SPhPs demonstrou ser quatro ordens de magnitude maior do que aquela na frequência visível ou infravermelha, consistente com as previsões teóricas das equações não lineares de Huang. Além disso, as mudanças de frequência causadas pela modulação híbrida (TKE e modulação cruzada) na microcavidade multimodo também se alinham bem com as previsões teóricas.

Os resultados relatados apresentam uma plataforma inovadora para uma gama de dispositivos fotônicos THz práticos, o que é propício ao desenvolvimento de comunicação THz de alta velocidade e aplicável a chips fotônicos THz versáteis, estáveis ​​e compactos.

No futuro, o estudo dos espectros do supercontínuo poderá se expandir em direção à faixa de frequência THz, o que pode fornecer ao TKE aprimorado por SPhPs uma oportunidade de exibir seu potencial na geração de ondas terahertz de banda larga.

Em seu trabalho, uma microcavidade de Fabry-Pérot é fabricada em um MgO:LiNbO cortado em X com 50 μm de espessura₃ (LN) guia de onda de placa usando a técnica de escrita direta de laser de femtossegundo. Ondas THz na microcavidade são geradas por pulsos de laser de femtossegundo por meio de efeitos não lineares, variando de 0,2 a 1,2 THz em frequência. A microcavidade foi inicialmente projetada em modo único, no qual o modo ressonante está localizado em 0,63 THz.

Ao focar os pulsos da bomba no centro da microcavidade, a microcavidade monomodo é excitada. Desde a existência do TKE, a frequência ressonante efetiva da microcavidade seria influenciada pela intensidade de THz de entrada, com uma mudança de frequência independente de potência.

Além disso, os pesquisadores também investigaram a “modulação híbrida” de uma microcavidade de modo duplo semelhante com frequências ressonantes de 0,32 THz e 0,38 THz. Ambos os resultados implicam um TKE gigante em escala de chip, exibindo um coeficiente não linear quatro ordens de magnitude maior do que aquele na faixa visível/infravermelha.

“Os resultados gigantes de TKE relatados no chip LN demonstram que materiais cristalinos polares, especialmente LN, também podem ser um candidato superior para a plataforma não linear THz, mais do que apenas um material excelente para geração e detecção de THz.

“O TKE aprimorado pelos SPhPs apresenta uma plataforma inovadora para uma gama de dispositivos fotônicos THz práticos, o que é muito propício ao desenvolvimento de comunicação THz de alta velocidade e aplicável a chips fotônicos THz versáteis, estáveis ​​e compactos”, acrescentaram.

“No futuro, o estudo dos espectros do supercontínuo poderá se expandir para a faixa de frequência THz, o que pode fornecer ao TKE aprimorado por SPhPs uma oportunidade de exibir seu grande potencial na geração de ondas terahertz de banda larga”, escrevem os cientistas.