Нелинейные оптические состояния отпечатываются на электронном луче

<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 и другие/DOI: 10.1126/science.adk2489)»>

Взаимодействие между свободными электронами и нелинейными оптическими состояниями было использовано учеными Швейцарии и Германии для создания электронного луча, который можно было бы использовать для новых типов микроскопии. Команду возглавлял Юцзя Ян в ЭПФЛ.

Электронные микроскопы используют сфокусированные лучи свободных электронов для получения изображений с гораздо более высоким пространственным разрешением, чем оптические инструменты. Лазеры, излучающие ультракороткие импульсы, позволяют исследователям изучать явления, происходящие в очень короткие сроки. На протяжении десятилетий оба метода были очень полезны ученым. Совсем недавно исследователи объединили две технологии, чтобы создать еще более мощные экспериментальные методы, позволяющие манипулировать электронными лучами в сверхкороткие сроки.

Нелинейные возможности

Однако, как объясняет Ян, есть одна особенно важная область, которая до сих пор не была затронута этими последними достижениями.

«Нелинейно-оптические явления имеют первостепенное значение как в науке, так и в технике и привели к многочисленным прорывам. Однако использование нелинейно-оптических эффектов для управления пучками свободных электронов экспериментально исследовалось редко; также не было экспериментально исследовано использование свободных электронов для исследования нелинейной динамики».

Нелинейные эффекты возникают, когда свет изменяет оптические свойства материала, что, в свою очередь, влияет на то, как этот свет взаимодействует с материалом. Обычно это происходит при высокой интенсивности света и в таких материалах, как фотонные кристаллы, которые можно спроектировать так, чтобы они обладали особыми нелинейными свойствами.

Чтобы объединить нелинейную фотонику с электронной микроскопией, команда Янга использовала тип фотонного микрорезонатора, который, как известно, обладает разнообразным набором нелинейно-оптических эффектов. В частности, показатель преломления микрорезонатора изменяется при изменении интенсивности света.

Частотная гребенка

Нелинейные эффекты можно использовать для создания гребенок оптических частот. Это последовательности коротких световых импульсов, оптические спектры которых состоят из пиков на равномерно расположенных частотах, напоминающих зубцы расчески.

«Такие гребни интенсивно изучаются не только с точки зрения фундаментальной динамики формирования пространственно-временных структур, но и технологически в постоянно растущем числе приложений», — говорит Янг. «Теперь мы соединяем такие нелинейно-оптические состояния в микрорезонаторах с электронным лучом в электронном микроскопе».

В их эксперименте микрорезонатор был интегрирован в чип и управлялся лазером непрерывного действия. Устройство создавало импульсы с гребенчатой ​​частотой, называемые диссипативными солитонами Керра. Луч электронного микроскопа пропускался через часть микрорезонатора, где он взаимодействовал со светом. Это привело к тому, что на электронном луче отпечатались различные характеристики гребенчатых импульсов — характеристики, которые команда смогла наблюдать.

Солитоны Керра

Ян описывает их успех так: «Мы смогли генерировать диссипативные солитоны Керра. на местеи спектрально идентифицировать электроны, которые взаимодействовали с фемтосекундным солитонным импульсом. Кроме того, мы напрямую исследуем свойства солитонов по электронным спектрам и извлекаем отличительные признаки образования солитонов».

Молекулярный измерительный стержень может улучшить микроскопию сверхвысокого разрешения

Ян считает, что исследования команды будут продолжены. «Наша работа открывает потенциал для исследования сверхбыстрой переходной нелинейной оптической динамики с нанометрово-фемтосекундным пространственно-временным разрешением и прямого доступа к внутрирезонаторному полю», — объясняет он. «Это может помочь в исследовании и разработке ключевых процессов и компонентов нелинейной интегрированной фотоники».

Их подход также может позволить исследователям создавать встроенные устройства, генерирующие совершенно новые оптические сигналы, которые откроют новые возможности для расширенного контроля над электронами.

Более того, используя взаимодействие между свободными электронами и солитонами Керра на временных масштабах менее 100 фс, этот эффект может подтолкнуть электронную микроскопию к более коротким временным рамкам без каких-либо серьезных изменений в существующих конструкциях микроскопов.

Исследование описано в Наука.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/nonlinear-optical-states-are-imprinted-on-an-electron-beam/