研究人員使用一個光電諧振器來提高一個電子脈衝探測器的靈敏度，這帶來導致蛋白質和材料的超快電子表徵。來自日本筑波大學的科學家們展示瞭如何在一個超快電子脈衝檢測器中加入一個微小的諧振器結構，以減少表徵脈衝持續時間所需的太赫茲輻射強度。

為了研究蛋白質–例如，在確定其生物作用機制時–研究人員需要了解樣品中單個原子的運動。這很困難，不僅是因為原子是如此之小，而且還因為這種重新排列通常發生在皮秒，即萬億分之一秒。

檢查這些系統的一種方法是用超快的激光激發它們，然後立即用非常短的電子脈衝探測它們。根據電子在樣品上的散射方式與激光和電子脈沖之間的延遲時間的關係，研究人員可以獲得大量關於原子動態的信息。然而，表徵初始電子脈衝是困難的，需要復雜的設置或高功率的太赫茲輻射。

現在，筑波大學的一個研究小組利用一個光學諧振器來增強用晶體產生的太赫茲（THz）光脈衝的電場，這減少了表徵電子脈衝持續時間所需的太赫茲光。太赫茲輻射指的是波長介於紅外線和微波之間的光束。”對探測電子脈衝的精確表徵是至關重要的，因為它持續的時間更長，而且與啟動原子運動的激發激光束相比，通常更難控制，”共同作者Yusuke Arashida教授解釋說。

類似於一個具有正確聲學的房間可以放大聲音的感覺，一個諧振器可以增強波長與其大小和形狀相匹配的太赫茲輻射的振幅。在這種情況下，該團隊使用了一個蝴蝶形的諧振器，這是之前由一個獨立研究小組設計的，用來集中脈衝的能量。通過模擬，他們發現電場增強集中在蝴蝶的”頭”和”尾”的位置。他們發現，他們可以使用太赫茲條紋法測量電子脈衝持續時間，最高可達1皮秒以上。

這種方法利用入射光線將電子脈衝沿垂直方向散開。在相機中形成一個”條紋”，時間信息現在被編碼到所產生圖像的空間分佈中。

高級作者Masaki Hada教授說：”使用電子脈衝的超快測量可以顯示分子或材料的原子級結構動態，因為它們在被激光激發後會放鬆。”

使用這種具有弱太赫茲場和幾千伏/厘米強度的共振器被證明足以表徵皮秒時間尺度的電子脈衝。這項工作可能會發展出對極短時間尺度的原子級運動進行更有效的檢查，有可能有助於對生物分子或工業材料的研究。