Onderzoekswetenschappers uit Jena hebben met behulp van met vloeistof gevulde optische vezels breedband laserlicht in het midden-infraroodbereik geproduceerd. Het experiment leverde het bewijs van een nieuwe dynamiek van hybride solitonen - tijdelijke en spectraal stationaire lichtgolven die het gevolg zijn van de unieke kenmerken van de vloeibare kern.

De onderzoekers pompten een hybride golfgeleider met een ultrasnelle, intense laserpuls en produceerde een zeer breed lichtspectrum in het nabije en midden-infraroodbereik (1,1 m tot 2,7 m) dat niet zichtbaar is voor het menselijk oog. Door de unieke eigenschappen van de kern van vloeibare vezels, de lichtpuls wordt opgedeeld in solitonen - een veelvoud aan lichtgolven met verschillende golflengten. De solitonen vormen een supercontinuüm lichtbron met mogelijke toepassingen in medische beeldvorming, meettechnologie en spectroscopie. Het team van onderzoekswetenschappers van het Leibniz Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena en medewerkers publiceerden de resultaten van hun werk in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

de gekoppelde, ultrasnelle lichtpuls valt uiteen in solitonen als gevolg van niet-lineaire interacties met materie in de optische vezel. In het geval van vloeibare kernvezels, dit betekent dat de optische dichtheid van de vloeistof in de kern aanzienlijk verandert met de intensiteit van het invallende licht. Echter, niet veel materialen vertonen niet-lineaire optische effecten terwijl ze voldoende lichttransmissie produceren in het infrarode spectrale bereik. Mario Chemnitz, wetenschapper bij Leibniz IPHT en eerste auteur van de publicatie, verklaart het ongebruikelijke effect als volgt:"De vezelkern is gevuld met koolstofdisulfide, een vloeibare chemische verbinding met een zeer hoge brekingsindex. Als we gepolariseerd licht koppelen aan de kern, de koolstofdisulfidemoleculen oriënteren zich langs het elektromagnetische veld van het licht. Door deze moleculaire oriëntatie, de optische dichtheid - en dus de lichtvoortplanting in de vezel - hangt af van de intensiteit van het laserlicht."

Optisch geheugeneffect

Een uniek kenmerk van koolstofdisulfide is dat de moleculen zich met een bepaalde tijdsvertraging oriënteren. Als de invallende laserlichtpuls veel korter is dan de tijd die de moleculen nodig hebben voor oriëntatie in het optische veld, kunnen de onderzoekswetenschappers een bijzondere, vertraagde dynamiek van de resulterende solitonen. Dit was al voorspeld in 2010, maar het was pas nu dat de wetenschappers experimenteel bewijs en een exacte theoretische beschrijving van de processen konden leveren. Mario Chemnitz beschrijft dit fenomeen als een optisch "geheugeneffect" van de vloeistof. Deze unieke eigenschap van de vloeibare vezelkernen vermindert fluctuaties in de spectrale bandbreedte van de supercontinuümlichtbron en maakt vloeibare kernvezels een stabieler alternatief voor de bekende breedbandlichtbronnen op basis van optische vezels gemaakt van speciaal glas.