Laserimpulser afslører hemmeligheder

Ny metode tillader nøjagtig karakterisering af ultrashort-laserpulser

Professor Reinhard Kienberger genererer laserimpulser på kun et par billioner sekund i sit laboratorium. I et arbejde publiceret i Nature viser han, hvordan man nøjagtigt kan karakterisere sådanne laserimpulser. © Thorsten Naeser / TUM
læst op

Opnåelse af snapshots af atomernes indre virkning er et af de vigtigste mål for attosekundets fysik: Ekstreme korte laserglimter skal synliggøre elektronernes bevægelse omkring atomkernen. Ideelt ville være en laserpuls, der indeholder nøjagtigt en kosinusbølge. Et forskerteam har nu udviklet en metode, der gør det muligt fuldt ud at karakterisere enkelt-ultrashort-laserpulser.

Således kan den eksperimentelle opsætning optimeres nøjagtigt til den ønskede kosinusbølge, rapporterer forskerne i den aktuelle onlineudgave af videnskabstidsskriftet "Nature Physics".

Atomer er normalt repræsenteret som om elektronerne i en slags sfære omgiver kernen. Men for den målrettede indflydelse af kemiske reaktioner eller den videre udvikling af elektroniske komponenter, ville det være meget interessant at være i stand til direkte at observere elektronerne og deres interaktion med kernen og miljøet. Med ekstremt korte intense laserimpulser begynder attosekundfysik at udforske denne hvide plet på kortet.

For første gang observerede elektroner i deres atommiljø

Det tager nogle tricks for at skabe disse ufatteligt korte lysglimt. "Et attosekund er en billion af et sekund, et tal med 17 nuller mellem komma og det ene, " forklarer professor Reinhard Kienberger, en fysiker ved det tekniske universitet i München (TUM). "Selv en enkelt fuld bølge af synligt lys med 2.500 attosekunder er alt for lang til vores eksperimenter."

Fysikerne bruger derfor ultrashort-laserpulser til at skubbe ud elektroner fra atomer i den ædelgasneon, der udsender ultraviolet lys, når de falder tilbage i deres oprindelige position. Dette lys har nu den krævede bølgelængde i attosekundområdet. Og professor Ferenc Krausz fra Max Planck Institute for Quantum Optics i Garching var den første, der direkte observerede elektroner i deres atommiljø. udstilling

For mere præcise observationer ønsker fysikerne nu den ideelle kosinusbølge, hvor en maksimal styrke af det elektriske felt opnås. Men selv med de mest komplekse tekniske tricks er der altid små afvigelser, der forfalsker målingerne. Værre stadig: Indtil videre kunne du ikke engang måle nøjagtigt hvilken fase, der havde en bestemt puls. Kun fra gennemsnitsværdien af ​​mange impulser kunne man se, om det i gennemsnit var korrekt. I mange eksperimenter er denne fremgangsmåde for unøjagtig og slet ikke nyttig til lasere med høj energi, der kun leverer enkeltimpulser.

Et afgørende gennembrud lykkedes

En virkning, der ligner genereringen af ​​attosekundspulser i samspillet mellem højintensive laserpulser med atomer, bragte nu det afgørende gennembrud for Kienberger og hans team: De fleste af elektronerne, der blev slået ud af et atom af laserpulsen, finder ikke vej tilbage til hende Motheratom . Noget forenklet: Hvis det maksimale af kosinusbølgen peger mod venstre, flyver disse elektroner til venstre, peger til højre og flyver til højre.

Når man passerer gennem en sinusbølge, registreres det samme antal elektroner til højre og venstre. Forskerne kan nu sige nøjagtigt, hvad fasen af ​​den kontinuerlige puls var. Og de kan optimere elektronikken, så afvigelser kompenseres.

Med sin metode opsætter Kienberger T r til helt nye eksperimenter til højenergi-lasere: disse lasere leverer kun et par impulser i sekundet. Stabilisering er håbløs, fordi tiden mellem to pulser er for lang. Men hvis du samler en masse pulser og vælger dem, der har den rigtige fase for bølgen, vil måleresultaterne pludselig blive fortolkelige, ifølge forskerne.

(Teknisk Universitet i München (TUM), 20.04.2009 - DLO)