비선형 광학 상태가 전자빔에 각인됩니다 – Physics World

비선형 광학 상태가 전자빔에 각인됩니다 – Physics World

타임 스탬프 : 13 년 2024 월 1 일 오후 53:XNUMX

<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 et al./DOI: 10.1126/science.adk2489)”> 비선형 광학 칩
비선형 효과: 이 연구에 사용된 광자 칩은 투과 전자 현미경 샘플 홀더에 장착되고 광섬유와 함께 포장되었습니다. (제공: 양 et al./DOI: 10.1126/science.adk2489)

자유 전자와 비선형 광학 상태 사이의 상호 작용은 스위스와 독일의 과학자들이 새로운 유형의 현미경에 사용할 수 있는 전자빔을 맞춤화하는 데 사용되었습니다. 팀은 다음이 이끌었습니다. 양 유지아 EPFL에서.

전자 현미경은 집중된 자유 전자 빔을 사용하여 광학 기기보다 훨씬 높은 공간 해상도로 이미지를 찍습니다. 초단 펄스를 전달하는 레이저를 통해 연구자들은 매우 짧은 시간에 발생하는 현상을 연구할 수 있습니다. 수십 년 동안 두 기술 모두 과학자들에게 매우 유용했습니다. 최근 연구자들은 두 가지 기술을 결합하여 초단시간에 전자빔을 조작하는 더욱 강력한 실험 방법을 개발했습니다.

비선형 기회

그러나 Yang이 설명하는 것처럼 이러한 최신 기술의 발전이 지금까지 손대지 않은 특히 중요한 영역이 하나 있습니다.

“비선형 광학 현상은 과학과 기술 모두에서 가장 중요하며 수많은 혁신을 예고했습니다. 그러나 자유 전자 빔을 제어하기 위해 비선형 광학 효과를 사용하는 것은 실험적으로 거의 연구되지 않았습니다. 비선형 역학을 조사하기 위해 자유 전자를 사용하는 것도 실험적으로 조사되지 않았습니다.”

비선형 효과는 빛이 재료의 광학적 특성을 변경할 때 발생하며, 이는 다시 빛이 재료와 상호 작용하는 방식에 영향을 줍니다. 이는 일반적으로 높은 광도에서 발생하며 특정 비선형 특성을 갖도록 가공할 수 있는 광결정과 같은 재료에서 발생합니다.

비선형 포토닉스와 전자 현미경을 결합하기 위해 Yang 팀은 다양한 비선형 광학 효과를 갖는 것으로 알려진 일종의 광자 마이크로 공진기를 사용했습니다. 특히 마이크로 공진기의 굴절률은 빛의 세기가 변함에 따라 변합니다.

주파수 빗

비선형 효과를 사용하여 광 주파수 빗을 만들 수 있습니다. 이는 빗살과 유사한 균일한 간격의 주파수에서 스파이크로 구성된 광학 스펙트럼을 갖는 짧은 광 펄스열입니다.

이러한 빗은 기본적인 시공간 패턴 형성 역학뿐만 아니라 점점 더 많은 응용 분야에서 기술적으로도 집중적으로 연구되었습니다.라고 Yang은 말했습니다. "이제 우리는 마이크로 공진기의 비선형 광학 상태를 전자 현미경의 전자빔과 결합합니다."

그들의 실험에서 마이크로 공진기는 칩에 통합되었으며 연속파 레이저로 구동되었습니다. 이 장치는 소산성 커 솔리톤(Kerr solitons)이라는 주파수 빗 펄스를 생성했습니다. 전자현미경 빔은 마이크로 공진기의 일부를 통해 전송되어 빛과 상호 작용했습니다. 이로 인해 전자 빔에 각인되는 빗살 펄스의 독특한 특성이 발생했으며, 이는 팀이 관찰할 수 있는 특성입니다.

커 솔리톤

Yang은 그들의 성공을 다음과 같이 설명합니다. “우리는 소산적인 Kerr 솔리톤을 생성할 수 있었습니다. 현장, 펨토초 솔리톤 펄스와 상호작용한 전자를 스펙트럼적으로 식별합니다. 또한 우리는 전자 스펙트럼에서 솔리톤 특성을 직접 조사하고 솔리톤 형성의 특징적인 특징을 검색합니다."

Yang은 팀의 연구가 기반이 될 것이라고 믿습니다. "우리의 연구는 나노미터-펨토초 시공간 분해능으로 초고속 과도 비선형 광학 역학을 조사하고 공동 내 장에 직접 접근할 수 있는 잠재력을 열어줍니다."라고 그는 설명합니다. "이것은 비선형 통합 포토닉스의 핵심 프로세스 및 구성 요소를 조사하고 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다."

그들의 접근 방식을 통해 연구원들은 완전히 새로운 광학 파형을 생성하는 온칩 장치를 만들 수 있으며, 이는 전자의 고급 제어를 위한 새로운 가능성을 제공할 것입니다.

더욱이, 100fs보다 짧은 시간 척도에서 자유 전자와 Kerr 솔리톤 사이의 상호 작용을 활용함으로써 기존 현미경 설계를 크게 변경하지 않고도 전자 현미경을 더 짧은 시간 척도로 밀어 넣을 수 있습니다.

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 과학.

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