Bredbåndslyskilder med flydende kerne

Forskere fra Jena har produceret bredbåndslaserlys i det mellem-infrarøde område ved hjælp af væskefyldte optiske fibre. Eksperimentet frembragte bevis på en ny dynamik af hybride solitoner - temporære og spektralt stationære lysbølger som følge af den flydende kernes unikke egenskaber.

Forskerne pumpede en hybrid bølgeleder med en ultrahurtig, intens laserpuls og producerede et meget bredt lysspektrum i det nære og mellem-infrarøde område (1,1 μm til 2,7 μm), der ikke var synligt for det menneskelige øje. På grund af de unikke egenskaber ved den flydende fiberkerne, lysimpulsen er brudt op i solitoner - et væld af lysbølger med forskellige bølgelængder. Solitonerne danner en superkontinuum lyskilde med mulige anvendelser inden for medicinsk billedbehandling, måleteknologi og spektroskopi. Holdet af forskere fra Leibniz Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) i Jena og samarbejdspartnere offentliggjorde resultaterne af deres arbejde i tidsskriftet Naturkommunikation .

De koblede, ultrahurtig lyspuls bryder op i solitoner på grund af ikke-lineære interaktioner med stof i den optiske fiber. I tilfælde af flydende kernefibre, det betyder, at den optiske tæthed af væsken inde i kernen ændrer sig væsentligt med intensiteten af ​​det indfaldende lys. Imidlertid, ikke mange materialer viser ikke-lineære optiske effekter, mens de producerer tilstrækkelig lystransmission i det infrarøde spektralområde. Mario Chemnitz, videnskabsmand ved Leibniz IPHT og første forfatter til publikationen, forklarer den usædvanlige effekt som følger:"Fiberkernen er fyldt med kulstofdisulfid, en flydende kemisk forbindelse med et meget højt brydningsindeks. Hvis vi kobler polariseret lys ind i kernen, kulstofdisulfid-molekylerne orienterer sig langs lysets elektromagnetiske felt. På grund af denne molekylære orientering, den optiske tæthed - og dermed lysudbredelsen i fiberen - afhænger af intensiteten af ​​laserlyset."

Optisk hukommelseseffekt

Et unikt træk ved kulstofdisulfid er, at molekylerne orienterer sig med en vis tidsforsinkelse. Hvis den indfaldende laserlyspuls er meget kortere end den tid, som molekylerne kræver til orientering i det optiske felt, forskerne kan observere en særlig, forsinket dynamik af de resulterende solitoner. Dette blev forudsagt tilbage i 2010, men det var først nu, at forskerne kunne levere eksperimentelt bevis og en nøjagtig teoretisk beskrivelse af processerne. Mario Chemnitz beskriver dette fænomen som en optisk "hukommelseseffekt" af væsken. Denne unikke egenskab ved de flydende fiberkerner reducerer fluktuationer i den spektrale båndbredde af superkontinuum-lyskilden og gør flydende kernefibre til et mere stabilt alternativ til de kendte bredbåndslyskilder baseret på optiske fibre fremstillet af specielle glas.