電子束上「光學指紋」將使光學發展及應用更廣泛且穩定

編譯／高晟鈞

科學家是如何利用光來儲存資訊，或者利用它閃電般的速度來傳輸資料呢？光子學的研究領域涉及許多不同方面，現代光子學的整合得以在微晶片上操縱光，也可以使用非線性光學過程，產生新的顏色或極短的光子脈衝來獲得高強度的光。這些技術已經被用於電信、光學距離與速度測量，甚至是我們時常聽到的量子計算。

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近日，越來越多光子學結合其他不同領域的例子出現。例如，光學與電子學的結合，使得電子可以被用來測量光場；相反地，光學晶片也可以影響電子束。當電子穿過強光場時，它會根據其到達時間和光場強度而加速或減速。然後，科學家可以根據電子速度的變化得出有關光特性的直接結論。

分析不同的光學指紋

所謂透射電子顯微鏡（TEM）中的電子束與短光脈衝結合，可以用於分析原子層級上的材料與分子。

一篇發表於<科學>的新研究，一瑞士研究團隊展示了他們如何使用電子束觀察非線性的光學過程。為此他們將環形光儲存裝置（微諧振器）放入TEM中，微諧振器能生成不同波形的光，並根據與電子束的相互作用，分析不同的光所具備的狀態。

「定位電子束，使電子飛越諧振器，我們便可以測量光場對電子能量的精確影響。每種光可能生成的波形都會在電子光譜中留下特殊的『指紋』。」研究團隊之一的Jan-Wilke Henke解釋道。

皮秒光脈衝

研究團隊不只成功根據光場對電子的影響來表徵光場，同時在實驗中也成功產生了「孤子」──持續時間不到皮秒（兆分之一秒）的穩定超短光脈衝。

在TEM中產生孤子的可能性，將非線性光學和微諧振器的使用擴展到了未開發的領域。「電子與孤子的相互作用，使得超快電子顯微鏡具有前所未有的高重複率。」作者Tobias Kippenberg驚喜地表示。

研究結果表明，電子顯微鏡非常是和研究奈米尺度的非線性光學動力學。這項技術未來或將能應用到更多方面，包括電子束的空間與時間操縱。

資料來源:Innovation

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