스프링 장난감 모양의 초단파 광 펄스는 포토닉스에 새로운 변화를 가져옵니다.

2023년 6월 9일

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테크니코 리스보아(Técnico Lisboa)

우리 모두는 적어도 한 번은 스프링 장난감을 가지고 놀았지만, 빛도 스프링 모양이 될 수 있다는 것을 알고 계셨나요?

이탈리아 기술 연구소(IIT)의 전 연구원이자 현재 Técnico Lisboa의 물리학과 교수이자 마이크로시스템 및 나노기술 공학 연구소(INESC MN)의 수석 연구원인 Marco Piccardo가 이끄는 국제 연구원 팀은 초고속 광학과 구조광을 활용하여 실험실에서 광 스프링으로 알려진 새로운 시공간 광선 계열을 합성했습니다.

이 연구는 IIT, Politecnico di Milano 및 Técnico Lisboa 간의 공동 작업으로 수행되었습니다. 이 발견은 시간 분해 현미경(예를 들어 분자와 바이러스의 움직임을 묘사하는 영화를 제작하는 데 유용함), 레이저-플라즈마 가속 및 자유 공간(예: 대기) 광통신.

이 연구는 Nature Photonics에 게재되었습니다.

초고속 광학에서는 펄스 성형이라는 기술을 사용하여 극도로 짧은 광학 펄스의 지속 시간을 몇 펨토초 또는 수천억분의 1초까지 단축하거나 연장할 수 있으며 심지어 복잡한 펄스를 생성할 수도 있습니다. 이 원리의 핵심 아이디어는 짧은 레이저 펄스가 다양한 색상으로 구성된다는 것입니다.

과학자들은 펄스를 구성 색상으로 분리한 다음 별도로 조작하고 재결합하여 레이저 펄스의 새로운 모양을 만듭니다. 펄스 성형을 사용하면 펄스의 시간 프로필을 조작할 수 있지만, 빛에 공간 구조를 부여할 수 있는 파면 성형이라는 또 다른 기술 세트가 있습니다. 조명 설계자들은 이 두 가지 방법을 결합하여 공간과 시간에서 빛을 동시에 형성하는 방법을 배웠고, 완전히 새로운 시공간적 응용을 위해 초고속 광학과 구조화된 조명을 연결했습니다.

현재 Nature Photonics에 보고된 Piccardo와 그의 동료들은 시공간적 조명 형성에 패러다임 전환을 도입했습니다. 다채로운 스트립을 따라 다양한 색상을 분리하는 기존 셰이퍼와는 달리, 이제 연구원들은 원형 대칭을 갖는 특별한 유형의 회절 격자를 사용하여 둥근 무지개 색상을 만들었습니다.

이것은 누구나 집에서 시도할 수 있는 실험입니다. 오래된 CD-ROM에 손전등을 비추고 휴대폰 카메라로 사진을 찍으면 둥근 무지개가 포착됩니다. 이제 손전등을 초단파 레이저 펄스로 교체하고 CD-ROM을 나노제조 클린룸에서 제작된 미세 구조 회절 장치로 교체하면 실험이 절반쯤 진행되었습니다. 실험의 두 번째 부분은 고급 홀로그램을 사용하여 다양한 색상의 빛을 코르크 따개 모양의 다양한 광학 소용돌이로 구성하는 것입니다.

마르코 피카르도(Marco Piccardo)는 “이로 인해 비틀리고 광범위하게 맞춤화할 수 있는 광 구조를 사용하여 초단기 펨토초 시간 단위로 진화하는 새로운 시공간 광선 계열이 탄생했습니다.”라고 말했습니다. "이것은 해결해야 할 많은 스펙트럼 및 구조 구성 요소가 있는 포토닉스 분야에서 전례 없는 설계 기능을 제공합니다."

이러한 새로운 광선의 광대역 특성은 특성화에 대한 새로운 과제를 제기하며, 팀은 복잡한 시공간 구조의 완전한 단층촬영을 제공하는 초분광 홀로그래피라는 강력한 재구성 기술을 개발하여 이를 극복했습니다.