สถานะทางแสงแบบไม่เชิงเส้นถูกพิมพ์ลงบนลำอิเล็กตรอน - โลกฟิสิกส์

สถานะทางแสงแบบไม่เชิงเส้นถูกพิมพ์ลงบนลำอิเล็กตรอน - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 13 กุมภาพันธ์ 2024 1:53 น

<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 เอตอัล/ดอย: 10.1126/science.adk2489)”> ชิปแสงแบบไม่เชิงเส้น
ผลกระทบแบบไม่เชิงเส้น: ชิปโฟโตนิกที่ใช้ในการศึกษานี้ถูกติดตั้งบนตัวยึดตัวอย่างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านและบรรจุด้วยใยแก้วนำแสง (ขอบคุณภาพ: หยาง เอตอัล/ดอย: 10.1126/science.adk2489)

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนอิสระและสถานะทางแสงแบบไม่เชิงเส้นได้ถูกนำมาใช้โดยนักวิทยาศาสตร์ในสวิตเซอร์แลนด์และเยอรมนีเพื่อปรับแต่งลำอิเล็กตรอนที่สามารถนำไปใช้กับกล้องจุลทรรศน์ชนิดใหม่ได้ นำทีมโดย หยูเจีย หยาง ที่ EPFL

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้ลำแสงโฟกัสของอิเล็กตรอนอิสระเพื่อถ่ายภาพที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงกว่าอุปกรณ์ทางแสงมาก เลเซอร์ที่ส่งพัลส์ที่สั้นมากทำให้นักวิจัยสามารถศึกษาปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นมากได้ เทคนิคทั้งสองมีประโยชน์มากสำหรับนักวิทยาศาสตร์มานานหลายทศวรรษแล้ว เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยได้รวมเทคโนโลยีทั้งสองเข้าด้วยกันเพื่อสร้างวิธีการทดลองที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งควบคุมลำอิเล็กตรอนในช่วงเวลาที่สั้นมาก

โอกาสที่ไม่เชิงเส้น

ยังมีประเด็นสำคัญอย่างหนึ่งที่ยังไม่เคยถูกแตะต้องจากความก้าวหน้าล่าสุดเหล่านี้ ดังที่ Yang อธิบาย

“ปรากฏการณ์ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและได้ประกาศความก้าวหน้ามากมาย อย่างไรก็ตาม การใช้เอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้นเพื่อควบคุมลำแสงอิเล็กตรอนอิสระยังไม่ค่อยได้รับการศึกษาเชิงทดลอง และไม่มีการทดลองใช้อิเล็กตรอนอิสระเพื่อตรวจสอบพลศาสตร์ไม่เชิงเส้น”

ผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นเกิดขึ้นเมื่อแสงเปลี่ยนคุณสมบัติทางแสงของวัสดุ ซึ่งจะส่งผลต่อวิธีที่แสงมีปฏิกิริยากับวัสดุ ซึ่งมักเกิดขึ้นที่ความเข้มแสงสูง และในวัสดุ เช่น ผลึกโฟโตนิก ซึ่งสามารถออกแบบให้มีคุณสมบัติไม่เชิงเส้นจำเพาะได้

เพื่อรวมโฟโตนิกแบบไม่เชิงเส้นเข้ากับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ทีมงานของ Yang ได้ใช้ไมโครเรโซเนเตอร์โฟโตนิกชนิดหนึ่งที่ทราบกันว่ามีเอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้นที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดัชนีการหักเหของไมโครเรโซเนเตอร์จะเปลี่ยนไปตามความเข้มของแสงที่แตกต่างกัน

หวีความถี่

เอฟเฟกต์ไม่เชิงเส้นสามารถใช้เพื่อสร้างหวีความถี่แสงได้ เหล่านี้เป็นขบวนของพัลส์แสงสั้นที่มีสเปกตรัมแสงประกอบด้วยเดือยที่ความถี่เท่ากัน - คล้ายกับฟันของหวี

“หวีดังกล่าวได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นไม่เพียงแต่เกี่ยวกับพลวัตของการก่อตัวของรูปแบบ spatiotemporal ขั้นพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเทคโนโลยีในการใช้งานที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ” Yang กล่าว “ตอนนี้ เราจับคู่สถานะทางแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นในไมโครเรโซเนเตอร์กับลำอิเล็กตรอนในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน”

ในการทดลอง ไมโครเรโซเนเตอร์ถูกรวมเข้ากับชิปและขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง อุปกรณ์สร้างพัลส์หวีความถี่ที่เรียกว่าโซลิตอนเคอร์โซลิตอนแบบกระจาย ลำแสงกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนถูกส่งผ่านส่วนหนึ่งของไมโครเรโซเนเตอร์ ซึ่งมีปฏิกิริยากับแสง สิ่งนี้ทำให้เกิดลักษณะเฉพาะของพัลส์หวีที่ประทับบนลำอิเล็กตรอนซึ่งเป็นลักษณะที่ทีมงานสามารถสังเกตได้

เคอร์ โซลิตันส์

Yang อธิบายถึงความสำเร็จของพวกเขาว่า “เราสามารถสร้างโซลิตอน Kerr ที่กระจายตัวได้ ในแหล่งกำเนิดและระบุสเปกตรัมอิเล็กตรอนที่มีอันตรกิริยากับพัลส์โซลิตอนของเฟมโตวินาที นอกจากนี้ เรายังตรวจสอบคุณสมบัติของโซลิตันจากสเปกตรัมอิเล็กตรอนได้โดยตรง และดึงข้อมูลลายเซ็นต์ของการก่อตัวของโซลิตันออกมา”

Yang เชื่อว่าการวิจัยของทีมจะถูกสร้างขึ้นจาก “งานของเราปลดล็อกศักยภาพในการตรวจสอบไดนามิกส์แบบไม่เชิงเส้นชั่วคราวที่รวดเร็วเป็นพิเศษด้วยความละเอียดของ spatiotemporal ระดับนาโนเมตร – femtosecond และเข้าถึงสนาม intracavity ได้โดยตรง” เขาอธิบาย "สิ่งนี้สามารถช่วยในการตรวจสอบและพัฒนากระบวนการและส่วนประกอบสำคัญในโฟโตนิกส์แบบไม่เชิงเส้นได้"

วิธีการของพวกเขายังช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างอุปกรณ์บนชิปที่สร้างรูปคลื่นแสงใหม่ทั้งหมด ซึ่งจะนำเสนอความเป็นไปได้ใหม่สำหรับการควบคุมอิเล็กตรอนขั้นสูง

นอกจากนี้ ด้วยการใช้ประโยชน์จากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนอิสระและโซลิตอนของเคอร์ในช่วงเวลาที่สั้นกว่า 100 fs ผลกระทบนี้สามารถผลักดันให้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนไปสู่ช่วงเวลาที่สั้นลงโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใดๆ ต่อการออกแบบกล้องจุลทรรศน์ที่มีอยู่

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์