近日，瑞士洛桑联邦理工学院的Yujia Yang&Tobias J. Kippenberg及其研究小组与德国马克斯普朗克多学科科学研究所的Claus Ropers等人合作并取得一项新进展。经过不懈努力，他们揭示微谐振器中非线性光态的自由电子相互作用。相关研究成果已于2024年1月12日在国际权威学术期刊《科学》上发表。

在这项工作中，研究人员展示了基于光子芯片的微谐振器中电子与非线性光态的相互作用。光学参量过程产生了对应于相干或非相干光频梳的时空模式。研究人员将这种“微梳”与电子束耦合，在电子谱中展现了它们的独特指纹，并实现了电子束的超快时间门控。

这项研究工作证明了在电子显微镜内访问孤子的能力，并将微梳的使用扩展到成像和光谱学中电子的时空控制领域。

据悉，在德布罗意波长较短和强相互作用的作用下，自由电子能够探测材料和生物分子中的结构和激发。最近，电子与光子的相互作用使得电子束的光学操纵方案成为可能。

附：英文原文

Title: Free-electron interaction with nonlinear optical states in microresonators

Author: Yujia Yang, Jan-Wilke Henke, Arslan S. Raja, F. Jasmin Kappert, Guanhao Huang, Germaine Arend, Zheru Qiu, Armin Feist, Rui Ning Wang, Aleksandr Tusnin, Alexey Tikan, Claus Ropers, Tobias J. Kippenberg

Issue&Volume: 2024-01-12

Abstract: The short de Broglie wavelength and strong interaction empower free electrons to probe structures and excitations in materials and biomolecules. Recently, electron-photon interactions have enabled new optical manipulation schemes for electron beams. In this work, we demonstrate the interaction of electrons with nonlinear optical states inside a photonic chip–based microresonator. Optical parametric processes give rise to spatiotemporal pattern formation corresponding to coherent or incoherent optical frequency combs. We couple such “microcombs” to electron beams, demonstrate their fingerprints in the electron spectra, and achieve ultrafast temporal gating of the electron beam. Our work demonstrates the ability to access solitons inside an electron microscope and extends the use of microcombs to spatiotemporal control of electrons for imaging and spectroscopy.

DOI: 10.1126/science.adk2489

Source: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk2489