Нелінійно-оптичні стани вдруковуються на електронному пучку – 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 та інші/DOI: 10.1126/science.adk2489)”>

Взаємодія між вільними електронами та нелінійними оптичними станами була використана вченими зі Швейцарії та Німеччини, щоб адаптувати електронний промінь, який можна було б використовувати для нових типів мікроскопії. Команду очолив в Юцзя Ян в EPFL.

Електронні мікроскопи використовують сфокусовані пучки вільних електронів для отримання зображень з набагато вищою просторовою роздільною здатністю, ніж оптичні інструменти. Лазери, які доставляють ультракороткі імпульси, дозволяють дослідникам вивчати явища, які відбуваються за дуже короткий проміжок часу. Протягом десятиліть обидві методики були дуже корисними для вчених. Нещодавно дослідники об’єднали дві технології, щоб створити все більш потужні експериментальні методи, які маніпулюють електронними пучками в ультракоротких часових масштабах.

Нелінійні можливості

Проте, як пояснює Янг, є одна особливо важлива сфера, яка поки що не торкнулася цих останніх досягнень.

«Нелінійно-оптичні явища мають першорядне значення як у науці, так і в техніці, і вони сповістили про численні прориви. Однак використання нелінійних оптичних ефектів для керування пучками вільних електронів рідко досліджувалося експериментально; також не було експериментально досліджено використання вільних електронів для дослідження нелінійної динаміки».

Нелінійні ефекти виникають, коли світло змінює оптичні властивості матеріалу, що, у свою чергу, впливає на те, як світло взаємодіє з матеріалом. Зазвичай це відбувається при високій інтенсивності світла – і в таких матеріалах, як фотонні кристали, які можуть бути сконструйовані таким чином, щоб мати специфічні нелінійні властивості.

Щоб поєднати нелінійну фотоніку з електронною мікроскопією, команда Янга використовувала тип фотонного мікрорезонатора, який, як відомо, має різноманітний набір нелінійних оптичних ефектів. Зокрема, показник заломлення мікрорезонатора змінюється зі зміною інтенсивності світла.

Частотний гребінець

Нелінійні ефекти можна використовувати для створення оптичних частотних гребінок. Це серії коротких світлових імпульсів, які мають оптичні спектри, що містять спайки на рівномірно розподілених частотах, що нагадує зубці гребінця.

«Такі гребінці інтенсивно досліджувалися не тільки з точки зору фундаментальної динаміки формування просторово-часових патернів, але й технологічно у постійно зростаючій кількості застосувань», — говорить Ян. «Тепер ми поєднуємо такі нелінійні оптичні стани в мікрорезонаторах з електронним променем в електронному мікроскопі».

У їхньому експерименті мікрорезонатор був вбудований в чіп і керувався безперервним лазером. Пристрій створював гребінчасті частотні імпульси, які називаються дисипативними солітонами Керра. Промінь електронного мікроскопа пропускався через частину мікрорезонатора, де він взаємодіяв зі світлом. Це спричинило чіткі характеристики гребінчастих імпульсів, що віддруковувалися на електронному пучку – характеристики, які команда змогла спостерігати.

Солітони Керра

Янг описує їхній успіх: «Ми змогли створити дисипативні солітони Керра на місці, і спектрально ідентифікувати електрони, які взаємодіяли з фемтосекундним солітонним імпульсом. Крім того, ми безпосередньо досліджуємо властивості солітонів з електронних спектрів і знаходимо характерні ознаки утворення солітонів».

Молекулярна мірна палочка може розвинути мікроскопію з надвисокою роздільною здатністю

Ян вважає, що дослідження команди будуть ґрунтуватися на цьому. «Наша робота розкриває потенціал для дослідження надшвидкої перехідної нелінійної оптичної динаміки з нано-фемтосекундною просторово-часовою роздільною здатністю та для прямого доступу до внутрішнього поля», — пояснює він. «Це може допомогти дослідженню та розробці ключових процесів і компонентів нелінійної інтегрованої фотоніки».

Їхній підхід також може дозволити дослідникам створювати пристрої на чіпі, які генерують абсолютно нові оптичні хвилі, що запропонує нові можливості для вдосконаленого керування електронами.

Крім того, використовуючи взаємодію між вільними електронами та солітонами Керра на часових шкалах, менших за 100 фс, ефект може підштовхнути електронну мікроскопію до коротших часових шкал без будь-яких серйозних змін у існуючих конструкціях мікроскопів.

Дослідження описано в наука.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/nonlinear-optical-states-are-imprinted-on-an-electron-beam/