Излучение, испускаемое атомами и молекулами, обычно расширяется спектрально из-за движения эмиттеров, что приводит к эффекту Доплера. Преодоление этого уширения — сложная задача, особенно для молекул. Одна из возможностей преодолеть молекулярное движение — это создание глубоких потенциальных ловушек с небольшими размерами.
Ранее это было сделано, например, путем размещения нескольких встречных лучей в сложной установке с ограниченным успехом.Совместными усилиями Института Макса Борна (A.
Husakou) и Института Клим в Лиможе исследователи показали, что субволновая локализация и сужение линии возможны в очень простой конструкции из-за самоорганизации рамановского газа (молекулярного водорода) в полости. фотонно-кристаллическое волокно. Из-за рамановского рассеяния свет непрерывной волны накачки преобразуется в так называемую боковую полосу Стокса, которая перемещается взад и вперед по волокну из-за отражений от концов волокна и образует стационарную интерференционную картину — стоячую волну с чередующимися областями высоких и низкое поле. В областях с сильным полем рамановский переход является насыщенным и неактивным, и молекулы имеют высокую потенциальную энергию, поскольку они частично находятся в возбужденном состоянии.
В области слабого поля молекулы являются комбинационно-активными и имеют низкую потенциальную энергию, поскольку они близки к основному состоянию. Эти области с низким полем образуют массив из примерно 40 000 узких сильных ловушек, которые содержат локализованные рамановски-активные молекулы.
Размер этих ловушек составляет около 100 нм (1 нм = 10-9 м), что намного меньше длины волны света 1130 нм. Поэтому излучаемые стоксовы боковые полосы имеют очень узкую спектральную ширину всего 15 кГц — это в 10 000 раз уже, чем доплеровские боковые полосы для тех же условий!Самоорганизация газа проявляется и в макроскопическом масштабе.
Во-первых, расчеты показывают, что в основном рамановский процесс происходит именно на участке волокна, где формируется стоячая волна. Во-вторых, макроскопический градиент потенциала приводит к потоку газа к концу волокна, что в эксперименте наблюдается на глаз. Эта сильная локализация и сужение ширины линии могут найти различные применения, например в спектроскопии.
Однако его также можно использовать как метод периодической модуляции плотности газа, который, естественно, подходит для разработки схем квазисинхронизма для других нелинейных процессов, таких как эффективная генерация высоких гармоник.