自由电子与微谐振腔中非线性光学态的相互作用
光学
2024-09-11 v1 斑图形成与孤子
摘要
短德布罗意波长和强相互作用使自由电子能够探测材料中的散射与激发并解析生物分子的结构。近期利用纳米光子结构介导双线性电子-光子相互作用的进展，为电子束带来了新颖的光学操控方案，实现了高时空能量分辨电子显微、量子相干光学调制、阿秒计量与脉冲产生、横向电子波前整形、介电激光加速以及电子-光子对产生。然而，光子纳米结构也表现出非线性，迄今尚未被利用于电子-光子相互作用。在此，我们报道了电子与连续波驱动的光子芯片微谐振腔内自发产生的 Kerr 非线性光学态的相互作用。光学参量过程导致时空图样形成，即耗散结构，对应于相干或非相干光学频率梳。通过将此类微梳原位耦合到电子束，我们证明了不同的耗散结构在电子能谱和 Ramsey 型干涉图样中诱导出不同的特征。特别地，利用自发形成的飞秒时间孤子，我们实现了电子束的超快时间门控，无需脉冲激光源或脉冲电子源。我们的工作阐明了自由电子与多种非线性耗散态的相互作用，展示了在电子显微镜内访问孤子的能力，并将微梳的用途拓展至未探索领域，对新型超快电子显微、由片上时间孤子驱动的光-物质相互作用以及非线性光学动力学与器件的超高时空分辨采样具有意义。
引用
@article{arxiv.2307.12142,
title = {Free-electron interaction with nonlinear optical states in microresonators},
author = {Yujia Yang and Jan-Wilke Henke and Arslan S. Raja and F. Jasmin Kappert and Guanhao Huang and Germaine Arend and Zheru Qiu and Armin Feist and Rui Ning Wang and Aleksandr Tusnin and Alexey Tikan and Claus Ropers and Tobias J. Kippenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.12142},
year = {2024}
}