Наше нынешнее понимание нелинейной оптики при умеренной интенсивности света основано на так называемой нелинейности Керра, которая описывает нелинейное смещение сильно связанных электронов под действием падающего оптического светового поля. Эта картина резко меняется, когда интенсивность этого светового поля достаточно высока, чтобы вытеснить связанные электроны из их основного состояния. При больших длинах волн падающего светового поля этот сценарий связан с явлением туннелирования, квантовым процессом, при котором электрон совершает классически запрещенный проход через барьер, образованный совместным действием световой силы и атомного потенциала.
Начиная с 1990-х годов и впервые появившееся благодаря исследованиям канадского ученого Франсуа Брюнеля, движение электронов, появившихся в «конце туннеля», которое с максимальной вероятностью происходит на гребне световой волны, считается важным источником. для оптической нелинейности. Эта картина сейчас кардинально изменилась. «В новом эксперименте со стеклом мы смогли показать, что ток, связанный с квантово-механическим процессом туннелирования, сам создает оптическую нелинейность, которая превосходит традиционный механизм Брюнеля», – объясняет доктор.
Александр Мермиллод-Блонден из Института нелинейной оптики и спектроскопии коротких импульсов им. Макса Борна, который руководил экспериментом. В эксперименте два ультракоротких световых импульса с разными длинами волн и немного разными направлениями распространения были сфокусированы на тонкой стеклянной пластине, и был выполнен анализ выходящего светового излучения с временным и частотным разрешением.
Выявление механизма, ответственного за это излучение, стало возможным благодаря теоретическому анализу измерений, выполненных группой проф.
Томас Феннел, который работает в Университете Ростока и в Институте Макса Борна в рамках профессуры DFG Heisenberg. «Анализ измеренных сигналов с точки зрения величины, которую мы назвали эффективной нелинейностью, был ключом к тому, чтобы отличить новый механизм ионизационного тока от других возможных механизмов и продемонстрировать его доминирование», – объясняет Феннель.
Будущие исследования с использованием этих знаний и нового метрологического метода, который был разработан в ходе этой работы, могут позволить исследователям временно разрешить и управлять ионизацией сильного поля и сходом лавины в диэлектрических материалах с беспрецедентным разрешением, в конечном итоге, возможно, в масштабе времени одного цикл света.