Как сфотографировать световой импульс

Сегодня, современные лазеры могут генерировать очень короткие импульсы света, которые могут быть использованы для широкого диапазона применений из следственных материалов для медицинской диагностики. Для этого важно измерить форму волны лазерного света с высокой точностью. До сих пор, это требует большой и сложной экспериментальной установки. Теперь это можно сделать с крошечный кристалл с диаметром менее одного миллиметра. Новая методика была разработана силами Института квантовой оптики в Гархинге, ЛМУ Мюнхен и ту Wien (Вена). Аванс сейчас поможет прояснить важные детали о взаимодействии света и вещества.

Глядя на свет с электронами

Очень короткие световые импульсы с продолжительностью порядка фемтосекунд (10-15 секунд) были исследованы. «Для того, чтобы создать образ таких световых волн, они должны быть сделаны, чтобы взаимодействовать с электронами», — говорит профессор Йоахим Burgdörfer из Института теоретической физики в техническом университете Вены. «Реакции электроны в электрическом поле лазерного дает нам очень точную информацию о форме светового импульса».

Ранее распространенный способ измерения инфракрасного лазерного импульса добавлял гораздо более короткий лазерный импульс с длиной волны в рентгеновском диапазоне. Оба импульса проходят через газ. Рентгеновский импульс ионизирует отдельные атомы, электроны, которые затем ускоряются электрическим полем инфракрасного лазерного импульса. Движение электронов записывается, и если эксперимент проводится многократно с различными временными сдвигами между двумя импульсами, форма инфракрасного лазерного импульса в конечном итоге могут быть реконструированы. «Экспериментальные усилия, необходимые для этого метода очень высока», — говорит профессор Кристоф Lemell (ту Вену). «Сложная экспериментальная установка необходима, при вакуум-системы, многих оптических элементов и датчиков.»

Измерения в крошечных кремниевых кристаллов оксида

Для обхода подобных осложнений, родилась идея для измерения световых импульсов не в Газе а в твердом теле: «в газ нужно ионизировать атомы первого, чтобы получить свободные электроны. В твердом теле достаточно для придания электронам достаточно энергии, так что они могут двигаться через твердую, движимый лазерном поле», — говорит Изабелла мулине (ту Вену). Это создает электрический ток, который может быть непосредственно измерен.

Крошечные кристаллы оксида кремния с диаметром в несколько сотен микрометров используются для этой цели. Они пострадали от двух разных лазерных импульсов: импульса, которая должна быть исследована, может иметь любую длину волны в диапазоне от ультрафиолета и видимого цвета на длинных инфракрасных волн. При этом лазерный импульс проникает в кристалл, другой инфракрасный импульс стреляли по мишеням. «Этот второй импульс будет настолько сильным, что нелинейные эффекты в материал может изменять энергетическое состояние электронов так, что они становятся подвижными. Это происходит в очень определенный момент времени, которые могут настраиваться и контролироваться очень точно», — поясняет Йоахим Burgdörfer.

Как только электроны могут двигаться через кристалл, они ускоряются электрическим полем первого луча. Это производит электрический ток, который измеряется непосредственно на кристалл. Этот сигнал содержит точной информации о форме светового импульса.

Множество Возможных Применений

В ту Вена, эффект был теоретически изучен и проанализирован в компьютерных симуляторах. Эксперимент проводился в Институте Макса Планка квантовой оптики в Гархинге. «Благодаря тесному сотрудничеству между теорией и экспериментом, мы смогли показать, что новый метод очень хорошо работает на большом диапазоне частот-от ультрафиолетового до инфракрасного», — говорит Кристоф Lemell. «Осциллограммы световых импульсов теперь может быть измерена с гораздо большей легкостью, чем раньше, с помощью таких гораздо более простые и компактные установки.»

Новый метод открывает много интересных приложения: это должно быть возможным, чтобы точно охарактеризовать новые материалы, чтобы ответить на фундаментальные физические вопросы о взаимодействии света и вещества, и даже для анализа сложных молекул, например, чтобы надежно и быстро обнаружить заболевания изучив крошечные образцы крови.

сделать разницу: спонсорские возможности