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Intracavity Raman scattering couples soliton molecules with terahertz phonons

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Völkel, Alexandra ; Nimmesgern, Luca ; Mielnik-Pyszczorski, Adam ; Wirth, Timo ; Herink, Georg:
Intracavity Raman scattering couples soliton molecules with terahertz phonons.
In: Nature Communications. Bd. 13 (2022) . - 2066.
ISSN 2041-1723
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-29649-y

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Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

Ultrafast atomic vibrations mediate heat transport, serve as fingerprints for chemical bonds and drive phase transitions in condensed matter systems. Light pulses shorter than the atomic oscillation period can not only probe, but even stimulate and control collective excitations. In general, such interactions are performed with free-propagating pulses. Here, we demonstrate intra-cavity excitation and time-domain sampling of coherent optical phonons inside an active laser oscillator. Employing real-time spectral interferometry, we reveal that Terahertz beats of Raman-active optical phonons are the origin of soliton bound-states – also termed “Soliton molecules” – and we resolve a coherent coupling mechanism of phonon and intra-cavity soliton motion. Concurring electronic and nuclear refractive nonlinearities generate distinct soliton trajectories and, effectively, enhance the time-domain Raman signal. We utilize the intrinsic soliton motion to automatically perform highspeed Raman spectroscopy of the intra-cavity crystal. Our results pinpoint the impact of Raman-induced soliton interactions in crystalline laser media and microresonators, and offer unique perspectives toward ultrafast nonlinear phononics by exploiting the coupling of atomic motion and solitons inside a cavity.

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Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Theoretische Physik III > Lehrstuhl Theoretische Physik III - Univ.-Prof. Dr. Martin Axt
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Professur Experimentalphysik VIII - Ultraschnelle Dynamik > Professur Experimentalphysik VIII - Ultraschnelle Dynamik - Univ.-Prof. Dr. Georg Herink
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Theoretische Physik III
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Professur Experimentalphysik VIII - Ultraschnelle Dynamik
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Eingestellt am: 27 Apr 2022 06:29
Letzte Änderung: 14 Mai 2024 05:57
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/69422