Réseau de nanotrapes et rétrécissement de ligne dans le gaz Raman

Anonim

Diminuer la largeur de raie d'émission d'une molécule est l'un des principaux objectifs de la spectroscopie de précision. Une approche est basée sur le refroidissement des molécules à un niveau proche du zéro absolu. Une autre solution consiste à localiser les molécules à l’échelle de la sous-longueur d’onde. Une nouvelle approche dans cette direction utilise une onde stationnaire dans une fibre creuse remplie de gaz. Il crée un réseau de pièges à l'échelle nanométrique pour les molécules actives Raman, ce qui entraîne un rétrécissement de la largeur de ligne d'un facteur de 10 000.

Le rayonnement émis par les atomes et les molécules est généralement élargi spectralement en raison du mouvement des émetteurs, ce qui se traduit par l'effet Doppler. Surmonter cet élargissement est une tâche difficile, en particulier pour les molécules. Une possibilité de surmonter le mouvement moléculaire consiste à construire des pièges à potentiel profond avec de petites dimensions. Auparavant, cela se faisait par exemple en disposant plusieurs faisceaux contre-propageants dans une configuration compliquée, avec un succès limité.

Dans un effort de coopération de l'Institut Max Born (A. Husakou) et de l'Institut Xlim de Limoges, les chercheurs montrent que la localisation des sous-longueurs d'onde et le rétrécissement des lignes sont possibles dans un arrangement très simple fibre cristalline photonique. En raison de la diffusion Raman, la lumière de pompage à onde continue se transforme en bande latérale Stokes, qui se déplace dans la fibre en raison des réflexions des extrémités des fibres et forme une interférence stationnaire - une onde stationnaire champ bas (Fig. 1). Dans les régions à champ élevé, la transition Raman est saturée et n'est pas active, et les molécules ont une énergie potentielle élevée puisqu'elles sont partiellement à l'état excité. Dans la région des champs faibles, les molécules sont actives Raman et leur énergie potentielle est faible car elles sont proches de l'état fondamental. Ces régions de faible champ forment un réseau d'environ 40 000 pièges étroits et forts, qui contiennent des molécules localement actives de Raman. La taille de ces pièges est d'environ 100 nm (1 nm =10-9 m), ce qui est beaucoup plus petit que la longueur d'onde lumineuse de 1130 nm. Par conséquent, les bandes latérales Stokes émises ont une largeur spectrale très étroite de seulement 15 kHz, soit 10 000 fois plus étroite que les bandes Doppler élargies pour les mêmes conditions!

L'auto-organisation du gaz se manifeste également à l'échelle macroscopique. Tout d'abord, les calculs montrent que le processus Raman se produit principalement dans la section des fibres où l'onde stationnaire est formée, comme le montre le panneau supérieur de la Fig. 1. Deuxièmement, le gradient macroscopique du potentiel entraîne l'écoulement du gaz vers la fibre. fin, qui est observé à l'œil dans l'expérience. Cette forte localisation et le rétrécissement de la largeur de ligne peuvent trouver diverses utilisations, par exemple en spectroscopie. Cependant, il peut également être utilisé comme méthode pour moduler périodiquement la densité du gaz, ce qui convient naturellement pour développer des schémas de quasi-phase pour d'autres processus non linéaires, tels que la génération efficace d'harmoniques élevées.

menu
menu