新研究实现极其高效的电子束调制，可大幅简化光学控制

2022-01-06 11:39

在一项新的研究中，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）成功使用集成光子学方法来有效地调制电子束，这可能为自由电子量子光学的研究提供了一个新的平台。

EPFL教授Tobias Kippenberg携手Max Planck生物物理化学研究所教授Claus Ropers携手合作，将以往通常不相连的电子显微镜和集成光子学领域连接起来。光子集成电路可以在超低损耗的芯片上引导光，并利用微环形谐振器增强光场。

在Ropers小组进行的实验中，一束电子束被引导通过光子电路的光近场，以允许电子与增强的光相互作用：该项目的设备使用了一个波导，将激光引导到一个横截面为2微米×650纳米的环形微谐振器中。这个光子芯片被放置在一个定制的透射电子显微镜装置中，这样电子束就可以被引导通过光子电路的光学近场。

然后，研究人员通过测量吸收/发射数十到数百光子能量的电子的能量，来探测这种相互作用。

这种光子芯片是由Tobias Kippenberg的团队设计的，其制造方式使得微环形谐振器中的光速与电子的速度完全匹配，大大增加了电子与光子的相互作用。

该技术可以实现对电子束的强调制，而连续波激光的功率只有几毫瓦——这是由普通激光笔产生的功率水平。

值得一提的是，该方法大大简化了电子束的光学控制，提高了电子束的光学控制效率，可以在普通透射电子显微镜上无缝实现，使该方案的应用范围更加广泛。另外，该方法还有望扩展到新形式的量子光学和自由电子的阿秒计量中。

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