非線形光学状態は電子ビームに刻印される – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/nonlinear-optical-states-are-imprinted-on-an-electron-beam-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/nonlinear-optical-states-are-imprinted-on-an-electron-beam-physics-world-2.jpg" data-caption="Nonlinear effect: the photonic chip used in this study was mounted on a transmission electron microscope sample holder and packaged with optical fibres. (Courtesy: Yang ら/DOI: 10.1126/science.adk2489)">

スイスとドイツの科学者は、自由電子と非線形光学状態の間の相互作用を利用して、新しいタイプの顕微鏡に使用できる電子ビームを調整しました。チームを率いたのは、 ヤン・ユジア EPFLで。

電子顕微鏡は、自由電子の集束ビームを使用して、光学機器よりもはるかに高い空間解像度で画像を取得します。超短パルスを発するレーザーを使用すると、研究者は非常に短い時間スケールで発生する現象を研究できます。何十年もの間、どちらの技術も科学者にとって非常に有用でした。最近では、研究者らは 2 つの技術を組み合わせて、超短時間スケールで電子ビームを操作する、これまで以上に強力な実験方法を作成しました。

非線形の機会

しかし、ヤン氏が説明するように、これらの最新の進歩がこれまでのところ触れられていない、特に重要な領域が 1 つあります。

「非線形光学現象は科学と技術の両方において最も重要であり、数多くのブレークスルーをもたらしてきました。しかし、自由電子ビームを制御するための非線形光学効果の使用は、ほとんど実験的に研究されていません。また、非線形ダイナミクスを調べるための自由電子の使用も実験的に研究されていません。」

非線形効果は、光がマテリアルの光学特性を変化させ、その結果、光がマテリアルとどのように相互作用するかに影響を与えるときに発生します。これは通常、光強度が高い場合、および特定の非線形特性を持つように設計できるフォトニック結晶などの材料で発生します。

非線形フォトニクスと電子顕微鏡を組み合わせるために、ヤン氏のチームは、さまざまな非線形光学効果を持つことが知られている一種のフォトニック微小共振器を使用した。特に、微小共振器の屈折率は、光の強度が変化すると変化します。

周波数コム

非線形効果を使用して、光周波数コムを作成できます。これらは、櫛の歯に似た等間隔の周波数のスパイクで構成される光学スペクトルを持つ短い光パルスの列です。

「このような櫛は、基本的な時空間パターン形成ダイナミクスに関して集中的に研究されているだけでなく、技術的にも応用範囲が増え続けています」とヤン氏は言います。 「現在、私たちは微小共振器内のそのような非線形光学状態を電子顕微鏡内の電子ビームと結合させています。」

彼らの実験では、微小共振器がチップ上に統合され、連続波レーザーによって駆動されました。このデバイスは、散逸カー ソリトンと呼ばれる周波数コム パルスを生成しました。電子顕微鏡ビームが微小共振器の一部を通って送られ、そこで光と相互作用しました。これにより、電子ビームに刻印されるコムパルスの明確な特徴が生じ、チームはその特徴を観察することができました。

カー・ソリトン

ヤン氏はその成功について「散逸カーソリトンを生成することができました」と語る。 現場の、フェムト秒ソリトンパルスと相互作用した電子をスペクトル的に識別します。さらに、電子スペクトルからソリトンの特性を直接調べ、ソリトン形成の特徴的な兆候を取得します。」

分子測定スティックは超解像顕微鏡法を進歩させる可能性がある

ヤン氏は、チームの研究がその上に築かれると信じている。 「私たちの研究は、ナノメートルからフェムト秒の時空間分解能で超高速過渡非線形光学ダイナミクスを調査し、空洞内場に直接アクセスできる可能性を解き放ちます。」と彼は説明します。 「これは、非線形集積フォトニクスにおける主要なプロセスとコンポーネントの調査と開発に役立つ可能性があります。」

彼らのアプローチにより、研究者は全く新しい光波形を生成するオンチップデバイスを作成することも可能となり、これにより電子の高度な制御に新たな可能性がもたらされることになる。

さらに、自由電子とカーソリトン間の相互作用を 100 fs より短いタイムスケールで利用することにより、その効果により、既存の顕微鏡設計に大きな変更を加えることなく、電子顕微鏡検査をより短いタイムスケールに押し上げることができる可能性があります。

研究はで説明されています 科学.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/nonlinear-optical-states-are-imprinted-on-an-electron-beam/