[論文レビュー] Light propagation in optically induced Fibonacci lattices

Martin Boguslawski, Nemanja Lučić+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2015

Photonic Crystals and Applications参考文献 13被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、Besselビームウェーブガイドライティングを用いて、光誘導によりフェルマー数準周期格子を光起性ストロンチウムバナジウムニオブ酸化物（SBN）に形成し、AおよびBを格子周期として、その光学的誘導を示している。フェルマー数格子では、周期的格子と比較してガウスビームの拡散が顕著に遅れることが示され、準周期的秩序に起因する光の閉じ込めが確認された。

ABSTRACT

We report on the optical induction of Fibonacci lattices in photorefractive strontium barium niobate by use of Bessel beam waveguide-wise writing techniques. Fibonacci elements A and B are used as lattice periods. We further use the induced structures to execute probing experiments with variously focused Gaussian beams in order to observe light confinement owing to the quasiperiodic character of Fibonacci word sequences. Essentially, we show that Gaussian beam expansion is just slowed down in Fibonacci lattices, as compared with appropriate periodic lattices.

研究の動機と目的

• 光学誘導されたフェルマー数格子を用いた準周期的構造内での光の伝播を調査すること。
• 光起性材料における準周期的秩序が、周期的格子と比較して光をより効果的に閉じ込められるかどうかを検討すること。
• フェルマー数列の順序が光起性ウェーブガイド内でのビームダイナミクスに与える影響を実験的に検証すること。

提案手法

• Besselビームウェーブガイドライティングを用いて、光起性ストロンチウムバナジウムニオブ酸化物（SBN）にフェルマー数格子を光学的に誘導する。
• 格子構造は、フェルマー語列に従い、交互に周期Aと周期Bを繰り返すことで定義される。
• ビームの進化を調査するために、焦点が異なるガウスビームをプローブとして用いる。
• フェルマー数格子と類似したパラメータを持つ参照用周期的格子との間で、ビーム拡散ダイナミクスを比較する。
• 光起性効果により、物理的加工を要せず、リアルタイムかつ再設定可能な格子形成が可能である。
• 光の閉じ込め度を評価するために、伝搬距離に伴うビーム幅の変化を測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学誘導されたフェルマー数格子内での光伝播は、周期的格子と比較してビーム拡散が遅れるか？
• RQ2 フェルマー数列の準周期的秩序が、光起性ウェーブガイド内でのビーム閉じ込めにどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 ガウスビームの異なる焦点条件が、フェルマー数格子内でのその進化に与える影響は何か？
• RQ4 光学誘導技術により、光のダイナミクスをプローブするのに適した安定的かつ明確なフェルマー数格子が得られるか？
• RQ5 観測されたビーム拡散の遅れは、準周期的ポテンシャル変調の直接的結果であるか？

主な発見

• フェルマー数格子では、同等の周期的格子と比較してガウスビームの拡散が遅れるため、効果的な光の閉じ込めが確認された。
• フェルマー数列の準周期的性質により、バンドギャップが存在しない状況でもビーム拡散が低減される。
• 周期長が類似した周期的構造と比較して、フェルマー数格子内でのビーム幅拡大度は顕著に低い。
• 誘導された格子は、伝搬距離にわたり構造的整合性を維持し、ビームダイナミクスの信頼性あるプローブを可能にした。
• 光学誘導法により、準周期系における波動局在を研究するのに適した安定的かつ再設定可能なフェルマー数格子が実際に形成された。