一种产生超短中红外脉冲并精确控制其电场波形的新方法
LMU attoworld团队的一个国际激光物理学家团队和马克斯·普朗克量子光学研究所(都位于德国慕尼黑)已经实现了他们所描述的“对中红外波长范围内的光脉冲的前所未有的控制”。
超短红外光脉冲是广泛技术应用的关键。振荡的红外光场可以激发样品中的分子以特定频率振动,或者驱动半导体中的超快电流。
任何打算利用超短光脉冲的振荡波形的人,例如驱动尖端的电子光学过程,都面临着同样的问题,即如何最好地控制波形本身。具有可调节波形的超短脉冲的产生已经在不同的波长范围(如紫外-可见光和近红外)得到了证明。
来自慕尼黑大学attoworld团队、马克斯-普朗克量子光学研究所(MPQ)和匈牙利分子指纹中心(CMF)的物理学家们现在已经成功地产生了超短的中红外脉冲,并精确控制其电场波形。该小组表示,有了这种红外波形操纵器,生物医学应用和量子电子学的光学控制就有了新的可能性。
稳定的激光
新中红外光源的基础是一个稳定的激光系统,产生具有精确定义的波形在近红外波长的光脉冲。脉冲仅由光波的一次振荡组成,因此只有几飞秒长。当这些脉冲被送入合适的非线性晶体时,利用复杂的混频过程可以诱导产生长波长的红外脉冲。
通过这种方式,研究小组成功地产生了光谱覆盖面特别大的光脉冲,从1μm到12μm,超过了三个光学倍频程。研究人员不仅能够理解和模拟混合过程的基本物理学,而且还开发了一种新的方法,通过调整激光输入参数来精确控制产生的中红外光的振荡。
超短脉冲被送入一个非线性晶体,并经历了复杂的混频过程。 Dennis Luck,Alexander Gelin.
加快电子信号处理速度
例如,由此产生的可调节波形可以有选择地触发固体中的某些电子过程,这可能允许在未来实现更高的电子信号处理速度。该研究的三位主要作者之一Philipp Steinleitner说:"在此基础上,人们可以设想开发光控电子器件。如果光电子器件在产生的光的频率下工作,你可以把今天的电子器件的速度至少提高1000倍。"
attoworld的物理学家们特别关注将新的光技术用于分子的光谱学。当中红外光通过样品液体时,例如人的血液,样品中的分子开始振荡,反过来发射出特征光波。
检测分子反应提供了一个独特的指纹,该指纹取决于样品的确切成分。该研究的第一作者Nathalie Nagl说:"通过我们的激光技术,我们已经大大扩展了红外的可控波长范围。额外的波长使我们有机会更精确地分析分子的混合物是如何组成的"。
医学诊断
在attoworld小组中,由Mihaela Zigman领导的宽带红外诊断(BIRD)小组和由Alexander Weigel领导的CMF研究小组的研究人员对测量人类血液样本的精确红外分子指纹特别感兴趣。
该研究的第一作者Maciej Kowalczyk说:"在未来,我们的激光技术将使我们的同事能够检测到特定生物分子(如蛋白质或脂质)中以前无法检测到的变化。因此,它提高了未来使用红外激光技术进行医疗诊断的可靠性"。
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