Integrated photonics enables continuous-beam electron phase modulation

物理 光子学 阿秒 光学 光电子学 相干控制 激光器 超短脉冲 电子 材料科学 量子力学
作者
Jan-Wilke Henke,Arslan S. Raja,Armin Feist,Guanhao Huang,Germaine Arend,Yujia Yang,J. Kappert,Rui Ning Wang,Marcel Möller,Jiahe Pan,Junqiu Liu,Ofer Kfir,Claus Ropers,Tobias J. Kippenberg
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:600 (7890): 653-658 被引量:57
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04197-5
摘要

Abstract Integrated photonics facilitates extensive control over fundamental light–matter interactions in manifold quantum systems including atoms 1 , trapped ions 2,3 , quantum dots 4 and defect centres 5 . Ultrafast electron microscopy has recently made free-electron beams the subject of laser-based quantum manipulation and characterization 6–11 , enabling the observation of free-electron quantum walks 12–14 , attosecond electron pulses 10,15–17 and holographic electromagnetic imaging 18 . Chip-based photonics 19,20 promises unique applications in nanoscale quantum control and sensing but remains to be realized in electron microscopy. Here we merge integrated photonics with electron microscopy, demonstrating coherent phase modulation of a continuous electron beam using a silicon nitride microresonator. The high-finesse ( Q 0 ≈ 10 6 ) cavity enhancement and a waveguide designed for phase matching lead to efficient electron–light scattering at extremely low, continuous-wave optical powers. Specifically, we fully deplete the initial electron state at a cavity-coupled power of only 5.35 microwatts and generate >500 electron energy sidebands for several milliwatts. Moreover, we probe unidirectional intracavity fields with microelectronvolt resolution in electron-energy-gain spectroscopy 21 . The fibre-coupled photonic structures feature single-optical-mode electron–light interaction with full control over the input and output light. This approach establishes a versatile and highly efficient framework for enhanced electron beam control in the context of laser phase plates 22 , beam modulators and continuous-wave attosecond pulse trains 23 , resonantly enhanced spectroscopy 24–26 and dielectric laser acceleration 19,20,27 . Our work introduces a universal platform for exploring free-electron quantum optics 28–31 , with potential future developments in strong coupling, local quantum probing and electron–photon entanglement.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
自信的绿草完成签到,获得积分20
2秒前
panda发布了新的文献求助10
3秒前
Frain发布了新的文献求助10
4秒前
nan完成签到,获得积分10
5秒前
7秒前
7秒前
9秒前
Zzkai发布了新的文献求助10
13秒前
suhua发布了新的文献求助10
15秒前
王蓉完成签到,获得积分10
19秒前
20秒前
Owen应助Qiao采纳,获得10
21秒前
科研通AI2S应助panda采纳,获得10
23秒前
23秒前
Lazarus_x发布了新的文献求助10
24秒前
李健应助迷人寒梦采纳,获得10
24秒前
孤独元容完成签到,获得积分10
25秒前
闭眼玩手机完成签到,获得积分10
26秒前
包凡之完成签到,获得积分10
27秒前
Xxx发布了新的文献求助10
28秒前
29秒前
研友_VZG7GZ应助Zzkai采纳,获得10
29秒前
31秒前
32秒前
33秒前
平凡发布了新的文献求助10
34秒前
充电宝应助nanxi88采纳,获得10
35秒前
36秒前
迷人寒梦发布了新的文献求助10
37秒前
汉堡包应助tang采纳,获得10
37秒前
cc发布了新的文献求助10
39秒前
Qiao发布了新的文献求助10
42秒前
羊羊羊完成签到,获得积分10
42秒前
44秒前
cc完成签到,获得积分20
45秒前
45秒前
经冰夏完成签到 ,获得积分10
45秒前
壮观的衫完成签到,获得积分10
47秒前
Dr郑迅发布了新的文献求助30
49秒前
高分求助中
Smart but Scattered: The Revolutionary Executive Skills Approach to Helping Kids Reach Their Potential (第二版) 1100
大理州人民医院2021上半年(卫生类)人员招聘试题及解析 1000
2023云南大理州事业单位招聘专业技术人员医疗岗162人笔试历年典型考题及考点剖析附带答案详解 1000
Дружба 友好报 (1957-1958) 1000
The Data Economy: Tools and Applications 1000
Essentials of thematic analysis 700
Mantiden - Faszinierende Lauerjäger – Buch gebraucht kaufen 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3115158
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2765458
关于积分的说明 7682510
捐赠科研通 2420572
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1285071
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 619893
版权声明 599756