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原子太赫兹振动解开超短孤子分子之谜
发布时间:2022-05-31 09:04:14 阅读:136

来源:拜罗伊特大学(Bayreuth University);电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 聂梦雪 编译

两个超短孤子在激光谐振器反射镜之间的耦合:第一次闪光激发激光晶体的原子振荡,随后的闪光受其影响并保持稳定的距离。来源:Georg Herink

    在超短脉冲激光器中,稳定的光波包(称为光孤子)以光链的形式发出。这些孤子通常以很短的时间间隔成对组合。拜罗伊特大学和弗罗茨瓦夫大学的研究人员引入了太赫兹范围内的原子振动,现在已经解决了这些时间联系是如何形成的难题。他们在《自然通讯》上报道了他们的发现。耦合光包的动力学可以用来以极快的方式测量原子振动,作为材料的特征“指纹”。

    在超短脉冲激光器中,光孤子可以形成特别紧密的空间和时间键。它们也被称为超短“孤子分子”,因为它们彼此稳定耦合,类似于分子中的化学键合原子。拜罗伊特大学的研究小组使用了一种广泛使用的固态激光器,该激光器由掺有钛原子的蓝宝石晶体制成,以找出这种耦合是如何发生的。首先,第一道闪光刺激蓝宝石晶格中的原子瞬间振动。这些特征运动在太赫兹范围内振荡,并在几皮秒内再次衰减(皮秒相当于万亿分之一秒)。在这极短的时间跨度内,晶体的折射率发生变化。当第二道闪光紧随其后并赶上第一道闪光时,它会感觉到这种变化:它不仅受到原子振动的轻微影响,而且还可以稳定地绑定到前面的孤子上。一个“孤子分子”诞生了。

    “我们发现的机制是基于拉曼散射和自聚焦的物理效应。它解释了自30多年前钛蓝宝石激光器发明以来一直困扰科学界的各种现象。这一发现特别令人兴奋的是,我们现在可以利用激光腔中孤子产生过程中的动力学来以极快的速度扫描原子间的键材料。现在,对所谓的腔内拉曼光谱的整个测量所需时间不到千分之一秒。这些发现可能有助于开发特别快速的化学敏感显微镜,用于识别材料。此外,耦合机制为通过原子运动控制光脉冲开辟了新的策略,相反,也为通过光脉冲产生独特的材料状态开辟了新的途径,”该研究负责人、拜罗伊特大学超快动力学初级教授Georg Herink博士解释道。

    在分析实验数据的同时,研究人员成功地建立了孤子动力学的理论模型。该模型可以解释实验中获得的观测结果,并预测原子振动对孤子动力学的新影响。拜罗伊特大学DFG研究项目FINTEC目前正在研究光学系统中孤子的相互作用及其在高速光谱学中的应用。

 
 

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