det-som-kan-2.html
vb 504544 DTU bog
3 / 54
at udvælge farver ? firebølgeblanding i optiske fibre firebølgeblanding
til
fluorescens mikroskopi to spørgsmål,
som
har pirret forskeres nysgerrighed gennem mange år er, hvad celler består af, og hvilke kemiske processer
som
finder sted i levende biologisk materiale.
med
en rivende teknologisk udvikling, for eksempel inden for firebølgeblanding, er vi tættere på svaret end nogensinde. når molekyler i en biologisk prøve udsættes for lys, kan de blive exciteret
til
et højere energiniveau og e?erfølgende udsende lys,
som
kan detekteres ? såkaldt fluorescens spektroskopi. bølge- længden af det udsendte lys er karakteristisk for hvert enkelt molekyle, og røber derfor hvilke molekyler, der er
til
stede i prøven. da der kræves den helt rigtige bølgelængde for at excitere molekylerne, er lyskilden en essentiel del af fluorescens spektroskopi. derudover kræver nogle a?ildnings metoder to synkroniserede lyspulser,
som
netop kan leveres i en firebølgeblandingsproces. i samarbejde
med
den danske virk
som
hed nkt photonics a/s undersøger vi skabelsen af nye farver via firebølge- blanding i en bestemt type lysleder, den optiske fiber (se faktaboks om lysledere). i figur 2
til
venstre ses et tværsnit af den mest almindelige optiske fiber,
som
bruges
til
at sende lys over store afstande. i midten ses et eksempel på en såkaldt fotonisk krystalfiber,
som
har specielle egenskaber, der kan styres meget præcist ved hjælp af designet af hulstrukturen. fiberen
til
højre er en speciel fotonisk krystalfiber,
som
er designet
til
at opfylde det særlige krav om optisk fase
til
pasning i den ønskede firebølgeblandingsproces (se faktaboks om fase
til
pasning). en fotonisk krystalfiber
som
den
til
højre i figur 2 består af glas og leder lys primært i kernen,
som
sidder i centrum af fiberen. området uden om kernen kaldes kappen og består af lu?huller (hvide cirkler) og af nogle germanium-doterede områder,
som
giver anledning
til
et højere brydningsindeks end glas i disse områder (mørkeblå cirkler). kombinationen af lu? og germanium i lyslederens kappe kan udnyttes
til
at styre firebølgeblan- dingsprocessen i fiberen. derved kan de genererede bølgelængder styres
med
høj præcision. i figur 3 ses en skematisk illustration af firebølgeblan- dingsprocessen i den specielle fotoniske krystalfiber. en kra?ig laser puls
med
en bølgelængde på 1064 nanometer bliver sendt ind i lyslederen. langs lyslederen vekselvirker figur 2: illustrationer af tværsnit af forskellige optiske fibre af glas. de små hvide cirkler er lufthuller, og de større mørke- blå cirkler er områder
med
højere brydningsindeks end glas. i fiberen
til
venstre ledes lyset i kernen
med
det svagt højere brydningsindeks, mens lyset i de to andre fibre ledes i området uden huller i midten af fibrene. figur 3: skematisk illustration af forsøgsops
til
lingen
til
firebølgeblanding i den fotoniske krystal fiber. laserpulser
med
bølgelængde 1064 nm er input i fiberen. på udput siden ses 1064 nm der ikke er omdannet via firebølgeblanding, samt nye optiske komponenter ved 848 nm, 995 nm, 1145 nm og 1425 nm. fakta-boks om firebølgeblanding ikke-lineære vekselvirkninger mellem lys og materialer kan opnås, når lysintensiteten bliver ekstrem høj, og de er karakteriseret ved at mere end to fotoner indgår i den samme proces. en type ikke-lineær proces, hvori fire fotoner vekselvirker
med
bundne elektroner i materialet, kaldes firebølgeblanding. firebølgeblanding observeres f.eks. ved at to fotoner
med
hver sin energi (bølgelængde) destrueres og skaber to nye fotoner
med
andre energier. energierne af de nye fotoner er bestemt af processens energibevarelse, hvor h er plancks konstant, c er lysets hastighed, og ? 1-4 er bølgelængderne af fotonerne. firebøl- geblanding kan også være en foton, der bliver
til
tre, eller omvendt. fakta boks om fase
til
pasning fase
til
pasning er et krav for at opnå effektiv firebølgeblanding og kan forstås sådan, at hastighederne hvor
med
lyset udbreder sig i materialet under firebølgeblandingen, skal være bevaret. fase
til
pasning for lys kan altså forstås på samme måde
som
impulsbevarelse fra klassisk mekanik. lysets udbredelseshastighed afhænger af materialets brydningsindeks, og brydningsindekset afhænger af lysets bølgelængde og dette forskelligt i forskellige typer lysledere. da der altid indgår mindst tre forskellige bølgelængder i firebølgeblanding, er det
som
regel meget kompliceret at designe en lysleder, sådan at fase
til
pasning opnås ved de ønskede bølgelængder. i modsætning
til
energibevarelse,
som
er et definitivt krav, er fase
til
pasning en mere løs forudsætning, der kan formuleres
som
!"# $ % $ + !"# ' % ' ? !"# ) % ) ? !"# * % * ?0 hvor n 1 4 er brydningsindekserne ved bølgelængderne ? 1 4. cirka lig
med
tegnet betyder at firebølgeblandingen godt kan forløbe selvom resultatet ikke er et eksakt nul, men den er i så fald mindre effektiv. fakta boks om firebølgeblanding ikke lineære vekselvirkninger mellem lys og materialer kan opnås, når lysintensiteten bliver ekstrem høj, og de er karakteriseret ved at mere end to fotoner indgår i den samme proces. en type ikke lineær proces, hvori fire fotoner vekselvirker
med
bundne elektroner i materialet, kaldes firebølgeblanding. firebølgeblanding observeres f.eks. ved at to fotoner
med
hver sin energi (bølgelængde) destrueres og skaber to nye fotoner
med
andre energier. energierne af de nye fotoner er bestemt af processens energibevarelse, -. % ) + -. % * = -. % $ + -. % ' hvor h er plancks konstant, c er lysets hastighed, og ? 1 4 er bølgelængderne af fotonerne. firebølgeblanding kan også være en foton, der bliver
til
tre, eller omvendt. 3 at udvælge regnbuens farver
ved-kan-til-4.html