Kigger ind i plasmaspejle

Når lys interagerer med et spejl, der bevæger sig mod det med en hastighed tæt på lysets hastighed, dens bølgelængde forskydes til det ekstreme ultraviolette område af spektret. Denne effekt blev først forudsagt af Albert Einstein. Hans teori blev eksperimentelt bekræftet næsten 100 år senere, efter udviklingen af ​​højintensitets laserlyskilder. Laserfysikere ved Laboratory for Attosecond Physics (LAP) ved Max Planck Institute for Quantum Optics in Garching (MPQ) og LMU har nu karakteriseret fænomenet i detaljer under kontrollerede forhold og udnyttet det til at generere højintensive attosekundlysglimt. I øvrigt, de viser, at disse pulser kan formes med en hidtil uset præcision til brug i anden forskning.

Som regel, disse ultrakorte pulser skabes ved at lade koherent laserlys interagere med en prøve af en ædel gas, såsom xenon. Imidlertid, denne metode har en alvorlig ulempe - de resulterende pulser har lave energier. En alternativ tilgang til dannelsen af ​​attosekundpulser gør brug af relativistisk oscillerende spejle. I dette tilfælde, lyset interagerer ikke med en gas, men med en solid overflade lavet af smeltet silica.

En lille del af det indfaldende lys tjener til at ionisere glassets overflade, skaber således et plasma - en tæt sky, der består af frie elektroner og stort set ubevægelig, positivt ladede atomioner. Denne tilstand kan sammenlignes med den, der findes i normale metaller, hvor en brøkdel af elektronerne kan bevæge sig frit gennem materialet. Faktisk, dette tætte overfladeplasma opfører sig som et metalbelagt spejl. Det oscillerende elektriske felt, der er forbundet med lyset, der rammer dette spejl, får plasmaets overflade til at svinge ved spidshastigheder tæt på selve lysets. Den oscillerende overflade afspejler igen det indfaldende lys. Som en konsekvens af Doppler -effekten, frekvensen af ​​det indgående lys forskydes til det ekstreme ultraviolette (XUV) område af spektret - og jo højere spidshastighederne er, jo større frekvensforskydning. Fordi spejloscillationernes varighed ved maksimal hastighed er ekstremt kort, XUV -lysimpulser, der varer i et spørgsmål om attosekunder, kan filtreres fra spektralt. Vigtigt, disse blink har en langt større intensitet end dem, der kan genereres ved den konventionelle interaktion i gasfasen. Faktisk, simuleringer tyder på, at de skal nå fotonergier i størrelsesordenen kiloelektronvolt (keV).

I samarbejde med forskere fra ELI (Extreme Light Infrastructure) i Szeged i Ungarn, Foundation for Research &Technology - Hellas (FORTH) i Heraklion (Grækenland) og Umeå University i Sverige, teamet ledet af professor Stefan Karsch har været i stand til at få ny og værdifuld indsigt i interaktionen mellem pulserende laserlys med relativistisk oscillerende faste overflader. De analyserede først intensitetsprofilen og energifordelingen af ​​de resulterende attosekundpulser, og deres afhængighed af 'bærer -konvolutfasen' af den drivende input laserpuls i realtid. "Disse observationer giver os mulighed for at definere de betingelser, der kræves for optimal generering af attosekundlyspulser ved hjælp af det oscillerende plasmaspejl, "siger Olga Jahn, undersøgelsens første forfatter. "Vi var i stand til at demonstrere, at isolerede attosekund XUV -lysglimt rent faktisk kan frembringes fra optiske pulser, der består af tre oscillationscyklusser." LAP -teamets fund gør det muligt at forenkle og standardisere den procedure, der kræves for at generere attosekundpulser ved hjælp af plasmaspejle. De opnåede relativt høje intensiteter åbner nye muligheder for ultraviolet spektroskopi, og lover at afsløre nye aspekter af molekylær og atomær adfærd.