微谐振器中与非线性光学态的自由电子相互作用

编者按

电子显微镜可在最微小的尺度上提供成像能力。从样品上散射的电子束通常具有能量稳定性和空间均匀性。能够调制光束以获取有关样品的时空信息将非常有用，但在技术上具有挑战性。Yang 等.证明微谐振器中感应的非线性光学态可以与电子束相互作用，并将非线性光学态印在电子束上(参见Polman和GarcíadeAbajo的透视)。这种相互作用提供了对电子束的超快调制，并拓宽了电子显微镜在时空成像和光谱学中的应用。——伊恩·奥斯本(Ian S. Osborne)

摘要

短德布罗意波长和强相互作用使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-光子相互作用使电子束的新光学操纵方案成为可能。在这项工作中，我们展示了基于光子芯片的微谐振器内电子与非线性光学状态的相互作用。光学参量过程产生了与相干或非相干光频率梳相对应的时空图案形成。我们将这种“微梳”耦合到电子束上，在电子光谱中展示它们的指纹，并实现电子束的超快时间门控。我们的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用于成像和光谱学的电子时空控制。