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使用全息技术在纳米尺度编码信息

发布:HPLlaser    |    2019-05-19 19:47    阅读:13555
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瑞士洛桑联邦理工学院(ÉPFL)的研究人员开发了一种不受波长限制的,可以观察光在纳米尺度上行为的方法。当该方法配合超快电子显微镜一起使用时,研究人员可以捕获纳米尺度上全息光图案的编码量子信息。

这项新技术基于电光相互作用。研究人员使用自由传播的电子作为摄影媒介。电光相互作用的量子特性将电子参考波和电子成像波按照能量而不是空间进行分离。因此,研究人员可以使用光脉冲来加密关于电子波函数的信息,然后,用超快透射电子显微镜对其进行映射。

另外,这种新方法具有两个潜在的好处:首先,它额外提供了关于光的行为信息,使其成为在时间上具有阿秒精度,空间上具有纳米精度的电磁场成像方法。其次,该方法操纵自由电子的量子特性可应用于量子计算中。Fabrizio Carbone教授表示,常规全息术可以通过捕捉光从物体不同部分传播的距离差异来提取3D信息。但这种方法需要来自不同方向的参考光束,从而实现参考光和接收光两者之间的干涉。同样地,本研究将此概念应用于电子波,但由于电子波长很短,因此可以获得更高的空间分辨率。该研究工作证明,新技术具有最高的空间分辨率。以往的研究主要关注用于宏观光学器件的自由传播光子。然而,新技术可以看到纳米级尺度内光线的行为,这是小型化光器件并将其集成到集成电路上的支撑技术。而且,超短电子脉冲能够记录快速移动物体的全息影像,因此可以获得更高的时间分辨率。

通过物体散射的光相位信息,光学全息术可以重现物体完整的3D形貌。然而,到目前为止,光全息图的空间分辨率受到光波长的限制,光波长约为或略低于1μm。ÉPFL团队表明,在超快透射电子显微镜中可以实现时间上阿秒,空间上纳米分辨率组合的局部电磁场全息图。除了成像应用之外,ÉPFL方法可以实现并行量子测量,为电子量子光学提供有效的检测技术。

该研究目前已发表于《Science Advance》

传统全息与PINEM全息成像

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