Stările optice neliniare sunt imprimate pe un fascicul de electroni – Physics World

Stările optice neliniare sunt imprimate pe un fascicul de electroni – Physics World

Marca temporală: 13 februarie 2024 1:53

<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)”> Cip optic neliniar
Efect neliniar: cipul fotonic utilizat în acest studiu a fost montat pe un suport de probă de microscop electronic cu transmisie și ambalat cu fibre optice. (Cu amabilitatea: Yang et al./DOI: 10.1126/science.adk2489)

Interacțiunea dintre electronii liberi și stările optice neliniare a fost folosită de oamenii de știință din Elveția și Germania pentru a adapta un fascicul de electroni care ar putea fi utilizat pentru noi tipuri de microscopie. Echipa a fost condusă de Yujia Yang la EPFL.

Microscoapele electronice folosesc fascicule focalizate de electroni liberi pentru a realiza imagini la rezoluție spațială mult mai mare decât instrumentele optice. Laserele care furnizează impulsuri ultrascurte le permit cercetătorilor să studieze fenomene care apar pe perioade de timp foarte scurte. Timp de decenii, ambele tehnici au fost foarte utile oamenilor de știință. Mai recent, cercetătorii au combinat cele două tehnologii pentru a crea metode experimentale din ce în ce mai puternice care manipulează fasciculele de electroni pe intervale de timp ultrascurte.

Oportunități neliniare

Cu toate acestea, există un domeniu deosebit de important care până acum a rămas neatins de aceste ultime progrese, după cum explică Yang.

„Fenomenele optice neliniare sunt de o importanță capitală atât în ​​știință, cât și în tehnologie și au anunțat numeroase descoperiri. Cu toate acestea, utilizarea efectelor optice neliniare pentru a controla fasciculele de electroni liberi a fost rareori studiată experimental; nici utilizarea electronilor liberi pentru a sonda dinamica neliniară nu a fost investigată experimental.”

Efectele neliniare apar atunci când lumina modifică proprietățile optice ale unui material, care la rândul său afectează modul în care acea lumină interacționează cu materialul. Acest lucru se întâmplă de obicei la intensități mari de lumină - și în materiale precum cristalele fotonice, care pot fi proiectate pentru a avea proprietăți neliniare specifice.

Pentru a combina fotonica neliniară cu microscopia electronică, echipa lui Yang a folosit un tip de microrezonator fotonic despre care se știe că are o gamă diversă de efecte optice neliniare. În special, indicele de refracție al microrezonatorului se modifică pe măsură ce variază intensitatea luminii.

Pieptene de frecvență

Efectele neliniare pot fi folosite pentru a crea piepteni de frecvență optică. Acestea sunt trenuri de impulsuri luminoase scurte care au spectre optice cuprinzând vârfuri la frecvențe uniform distanțate – asemănătoare cu dinții unui pieptene.

„Astfel de piepteni au fost studiati intens nu numai în ceea ce privește dinamica fundamentală a formării modelelor spațio-temporale, ci și tehnologic într-un număr tot mai mare de aplicații”, spune Yang. „Acum, cuplăm astfel de stări optice neliniare în microrezonatoare cu fasciculul de electroni dintr-un microscop electronic.”

În experimentul lor, microrezonatorul a fost integrat pe un cip și condus de un laser cu undă continuă. Dispozitivul a creat impulsuri cu pieptene de frecvență numite solitoni Kerr disipativi. Un fascicul de microscop electronic a fost trimis printr-o parte a microrezonatorului, unde a interacționat cu lumina. Acest lucru a determinat caracteristicile distincte ale impulsurilor pieptene care sunt imprimate pe fasciculul de electroni - caracteristici pe care echipa a putut să le observe.

solitonii Kerr

Yang descrie succesul lor, „am reușit să generăm solitoni Kerr disipativi in situ, și identifică spectral electronii care au interacționat cu pulsul solitonului femtosecunde. În plus, analizăm direct proprietățile solitonilor din spectrele de electroni și regăsim semnăturile distinctive ale formării solitonilor.”

Yang crede că cercetările echipei se vor construi pe baza. „Munca noastră deblochează potențialul de a sonda dinamica optică neliniară tranzitorie ultrarapidă cu rezoluție spațio-temporală nanometri-femtosecundă și de a accesa direct câmpul intracavitate”, explică el. „Acest lucru ar putea ajuta la investigarea și dezvoltarea proceselor și componentelor cheie în fotonica integrată neliniară.”

Abordarea lor ar putea permite, de asemenea, cercetătorilor să creeze dispozitive pe cip care generează forme de undă optice complet noi - care ar oferi noi posibilități pentru controlul avansat al electronilor.

În plus, prin exploatarea interacțiunilor dintre electronii liberi și solitonii Kerr pe scale de timp mai scurte de 100 fs, efectul ar putea împinge microscopia electronică la scale de timp mai scurte, fără modificări majore la designul microscopului existent.

Cercetarea este descrisă în Ştiinţă.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii