اكتساب المنافسة بين Kercomb البصري وتشتت رامان المحفز في تجاويف السيليكا الدقيقة

يعد خلط الموجات الأربعة وتشتت رامان المحفز من أنواع التأثيرات البصرية غير الخطية من الدرجة الثالثة، وهي ظواهر غالبًا ما يتم ملاحظتها في التجاويف الضوئية المجهرية حيث تزداد الكثافة البصرية لكل وحدة حجم. ويمكن اعتبار هذه العمليات بمثابة "عمليات تولد الضوء بأطوال موجية جديدة" في ظل ظروف تلبي قانون الحفاظ على الطاقة. تشتت رامان المحفز هو ظاهرة يتم فيها توليد ضوء بطول موجي جديد عن طريق الرنين (التشتت) بين ضوء المضخة والاهتزازات الجزيئية الفريدة للمادة. من المعروف أن زجاج السيليكا، وهو مادة الرنان المستخدمة في هذه الدراسة، يتمتع باكتساب رامان عبر نطاق واسع جدًا من الطول الموجي، مما يعني أنه يمكن توليد ضوء بأطوال موجية مختلفة. من ناحية أخرى، فإن المزج بين الموجات الأربعة هو ظاهرة يتم فيها توليد فوتونين جديدين بأطوال موجية مختلفة عند إدخال ضوء المضخة بطول موجي واحد. نظرًا لأن الضوء المتولد بهذه الطريقة يتمتع بأحادية اللون واتجاهية جيدة، فمن المتوقع أيضًا استخدامه كمصدر ضوء مشط التردد البصري الذي يعمل على نطاق الرقاقة.

في هذه الدراسة، توقعنا نظريًا منافسة الكسب بين خلط الموجات الأربعة وتشتت رامان المحفز الذي يحدث في التجويف المجهري للسيليكا، ولاحظنا ذلك تجريبيًا بنجاح. كما ذكرنا سابقًا، يعد خلط الموجات الأربعة وتشتت رامان المحفز ظاهرتين فيزيائيتين مختلفتين تمامًا، ولكن بما أن كلاهما يتم توليدهما من نفس ضوء المضخة، بقي السؤال حول أيهما يحدث بشكل تفضيلي أو مهيمن. كان مفتاح حل هذه المشكلة هو تحليل "المكاسب". من خلال مقارنة سهولة حدوث (= الكسب) لخلط الموجات الأربعة وتشتت رامان المحفز باستخدام التحليل النظري، وجدنا أن هناك ظروف يمكن في ظلها الحصول على خلط رباعي الموجات وتشتت رامان المحفز بشكل انتقائي.
يوضح الشكل أدناه تغيرات الحالة الديناميكية لـ 1-FSR (وضع واحد بجوار المضخة)، وتشتت رامان المحفز، و2-FSR (وضعان بجوار المضخة) عن طريق ضبط الطول الموجي لليزر بدقة لاحظ. وتتوافق النتائج بشكل جيد مع نتائج المحاكاة، ويمكننا القول إننا اكتشفنا آلية تمت ملاحظتها ولكن لم يتم فهمها بعمق. ومن المتوقع أن توفر هذه النتائج معرفة مهمة للتطبيقات المستقبلية لأمشاط السيارات الضوئية وأشعة ليزر رامان.